WO2021144382A1 - Composant electronique de puissance integrant un capteur thermoelectrique - Google Patents

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gallium
nitride
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Guillaume Savelli
Charlotte BRYAN
René Escoffier
Marc Plissonnier
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Definitions

  • the present invention relates to an electronic power component, comprising a power transistor and a thermoelectric sensor for measuring the temperature and / or the heat flux generated by the power transistor. It also relates to a method of manufacturing a power electronic component comprising a transistor and a thermoelectric sensor.
  • a power transistor for example based on a material such as gallium nitride (GaN), gallium arsenide (AsGa), or gallium-indium (InGa), s 'heats up under the effect of the electric power it generates. It is therefore useful to monitor the change in the temperature of the transistor to prevent overheating of the electronic component. To this end, the thermal flux and / or the temperature of the transistor can be measured to adapt the electrical control of the transistor accordingly.
  • GaN gallium nitride
  • AsGa gallium arsenide
  • InGa gallium-indium
  • resistors that vary as a function of temperature also called thermistor or "Tsense” resistors, are used to measure the temperature of such transistors. They are for example:
  • - thermistors based on resistive materials other than platinum, for example NiCr or TaN, and
  • thermistors all need to be supplied with electricity from a current source.
  • the implementation of these resistors requires an additional step during the manufacture of the integrated circuit.
  • the invention meets this need and provides an electronic component comprising a support, a thermoelectric sensor and a power transistor disposed on the support, the power transistor comprising a base layer containing, preferably consisting of, a selected transistor material. from gallium nitride, aluminum-gallium nitride, gallium arsenide, gallium-indium, gallium-indium nitride, aluminum nitride, aluminum-indium nitride and mixtures thereof, electronic component being configured so that the thermoelectric sensor generates an electric current under the effect of a heating of the power transistor.
  • thermoelectric sensor By measuring the current and / or the electrical voltage across the thermoelectric sensor, the heating and / or the temperature of the power transistor can be measured without any source of electrical current being required to power the thermoelectric sensor.
  • the power transistor is multilayer.
  • thermoelectric sensor is multilayer and includes a base layer.
  • the base layer of the thermoelectric sensor comprises, for more than 99.9% of its mass, a sensor material chosen from gallium nitride, aluminum-gallium nitride, gallium arsenide, gallium-indium, gallium-indium nitride, aluminum nitride, aluminum-indium nitride, and mixtures thereof.
  • the sensor material and the transistor material are the same.
  • the base layers of the thermoelectric sensor and of the transistor can thus be deposited together, for example by means of a single deposition step.
  • the sensor material and the transistor material is gallium nitride.
  • the base layer of the thermoelectric sensor and the base layer of the transistor can be deposited jointly by the same layer deposition process, for example by physical vapor deposition or by chemical vapor deposition.
  • the base layer of the thermoelectric sensor and the base layer of the transistor can be disjoint. For example, they can be obtained by a process of depositing an initial layer followed by local ablation, to separate the initial layer into the base layer of the thermoelectric sensor and the base layer of the transistor.
  • the base layer of the thermoelectric sensor and the base layer of the transistor can be connected to each other and form a common layer shared by the thermoelectric sensor and by the power transistor.
  • the base layer of the thermoelectric sensor and the base layer of the transistor may have an identical composition.
  • a layer has a “lower” face facing the support and an “upper” face, opposite the lower face.
  • the base layer of the thermoelectric sensor and the base layer of the transistor have respective lower faces, arranged at the same height of the support. They can have identical thicknesses.
  • the transistor material and the sensor material are gallium nitride and the base layer of the thermoelectric sensor can be n-doped, the doping element being in particular silicon.
  • the power transistor may include a multilayer transistor stack.
  • the multilayer transistor stack can comprise in succession:
  • a layer of aluminum nitride for example of a thickness equal to 50 nm
  • gallium nitride for example with a thickness of between 2 ⁇ m and 4 ⁇ m
  • a layer comprising, for more than 99.9% of its mass, aluminum gallium nitride, for example with a thickness of between 10 nm and 40 nm.
  • thermoelectric sensor comprises a multilayer sensor stack which has the same succession of layers as the multilayer transistor stack.
  • Layers of the same rank respectively within the multilayer transistor stack and the multilayer sensor stack preferably have the same chemical composition and may have the same thickness.
  • thermoelectric sensor and the power transistor can be manufactured by a succession of joint deposition steps to form the layers of the same row of the respective stacks.
  • the multilayer transistor stack and the multilayer sensor stack can each include, in succession:
  • - a layer of aluminum nitride for example with a thickness equal to 50 nm
  • gallium nitride for example with a thickness of between 2 ⁇ m and 4 ⁇ m
  • a layer comprising, for more than 99.9% of its mass, aluminum gallium nitride, for example with a thickness of between 10 nm and 40 nm.
  • thermoelectric sensor and the power transistor are preferably distant from each other, for example by a separation distance of between 1 ⁇ m and 500 ⁇ m.
  • the thermoelectric sensor can thus easily detect an increase in temperature of the power transistor, for example of at least 0.1 ° C.
  • the base layer of the thermoelectric sensor can contain at least one doping element, as a complement to 100% of its mass.
  • the base layer of the thermoelectric sensor can thus be n or p doped, depending on the doping element. Doping results from the presence of the dopant element dispersed within the base layer of the thermoelectric sensor, the doping element modifying the electrical properties of the sensor material.
  • the doping element can be selected from silicon, magnesium, carbon, zinc, oxygen, beryllium, silicon and their mixtures.
  • the doping element can be integrated within the base layer of the thermoelectric sensor during growth by epitaxy of the material or by ion implantation
  • the doping element can be homogeneously dispersed within the base layer of the thermoelectric sensor.
  • the concentration of doping element can be substantially constant in the base layer of the thermoelectric sensor.
  • the concentration of doping element can be variable in the base layer of the thermoelectric sensor. It can vary along the thickness of the base layer of the thermoelectric sensor. In particular, it can be higher in a portion directly under one face of the base layer of the thermoelectric sensor than in the rest of said layer.
  • the term “directly under one face” is understood to mean a portion extending over at most 100 nm, or even over at most 50 nm, or even over at most 25 nm under one face, preferably the upper face, of the base layer of the thermoelectric sensor.
  • the content of the doping element in a doped portion directly under one face, preferably the upper face, of the base layer of the thermoelectric sensor may be greater than 90.0%, preferably greater than 95.0%, preferably greater than 99.0%, preferably greater than 99.9%, preferably equal to 100%, in atomic percentages on the basis of the number of atoms of the doping element contained in the base layer of the thermoelectric sensor.
  • the base layer of the doped thermoelectric sensor may consist of a virgin portion, free of the doping element, and of a doped portion, containing the doping element.
  • the virgin portion can constitute more than 90% or even more than 95% of the volume of the base layer of the thermoelectric sensor.
  • the doped portion preferably extends directly below the top face of the base layer of the thermoelectric sensor.
  • the base layer of the thermoelectric sensor can have a doped portion extending directly below its top face for a distance of at least 10 nm and a blank portion. extending under the doped portion over a distance between 2 ⁇ m and 4 ⁇ m, the distances being measured according to the thickness of said base layer.
  • the base layer of the thermoelectric sensor may have a thickness of between 1 ⁇ m and 5 ⁇ m, in particular between 2 ⁇ m and 4 ⁇ m.
  • thermoelectric sensor has at least one thermoelectric couple.
  • a thermoelectric couple comprises first and second thermoelectric members, which each have different electrical conduction properties and are electrically connected to each other by one of their ends.
  • thermoelectric couple is configured to generate an electrical voltage under the effect of a change in temperature, by the Seebeck effect.
  • the power transistor has at least one face facing the thermoelectric sensor which extends substantially perpendicular to the axis along which the thermoelectric couple extends.
  • the first thermoelectric member may be of an n-doped or p-doped semiconductor material
  • the second thermoelectric member may be of a p-doped or n-doped semiconductor thermoelectric material, respectively, or of a thermoelectric metal.
  • thermoelectric metal can be chosen from titanium, gold, nickel, platinum, aluminum and their alloys.
  • the thermoelectric metal is aluminum.
  • the first thermoelectric member may be formed by all or part of a layer of the thermoelectric sensor which is n doped or p doped.
  • the base layer of the thermoelectric sensor is n-doped or p-doped and the first thermoelectric member may be formed by a portion of the base layer of the thermoelectric sensor which contains the doping element.
  • the first thermoelectric member can be formed at least in part, or even entirely, by the doped portion of the base layer of the thermoelectric sensor, as described above, which preferably extends directly under the upper face of the thermoelectric sensor. said base coat.
  • thermoelectric sensor may include an additional layer formed of a semiconductor material, at least a portion of which is n or p doped.
  • the doped portion can extend directly below the top face of the additional layer.
  • the additional layer is doped over its entire thickness.
  • the additional layer of the thermoelectric sensor is superimposed on, and preferably is in contact with, the upper face of the base layer of the thermoelectric sensor.
  • the doped portion of said additional layer may have a homogeneous distribution of doping element.
  • the first thermoelectric member may be formed, in whole or in part, by the doped portion of said additional layer.
  • the additional layer of the thermoelectric sensor may have a thickness of between 10 nm and 50 nm, for example equal to 25 nm.
  • the additional layer of the thermoelectric sensor is gallium aluminum nitride and is doped through its entire thickness and the base layer is gallium nitride and is doping free.
  • the first thermoelectric member may have a width of between 1.0 ⁇ m and 20.0 ⁇ m, for example equal to 4.0 ⁇ m and / or the length of the first thermoelectric member may be between 0.1 mm and 2. , 0 mm, for example is equal to 1.0 mm.
  • the second thermoelectric member is superimposed on the base layer of the thermoelectric sensor.
  • the groove is housed at least in part in a groove made in the base layer of the thermoelectric sensor and / or, where appropriate, in the additional layer of the thermoelectric sensor.
  • the groove extends longitudinally and opens onto two opposite edges of the base layer and / or of the additional layer of the thermoelectric sensor. It can extend in a curvilinear or, preferably, rectilinear direction.
  • the base layer of the thermoelectric sensor may include a doped portion and a virgin portion as described above, and the groove passes right through the doped portion, the bottom of the groove preferably being formed in the virgin portion.
  • the depth of the groove is greater than the thickness of the doped portion of the base layer of the thermoelectric sensor.
  • thermoelectric sensor may comprise an additional doped layer, in contact with the non-doped base layer, and the groove passes right through the doped portion of the additional layer, the bottom of the groove preferably being formed in said undoped base layer.
  • the groove can separate the doped portion of the additional layer of the thermoelectric sensor, or the doped portion of the base layer of the thermoelectric sensor, into two distinct parts. These two distinct parts thus each define two first thermoelectric members electrically isolated from one another, which may be intended to form different thermoelectric couples.
  • the groove may have a section in the shape of a "U", or semicircular.
  • the depth of the groove measured between the face on which the groove opens and the bottom of the groove, can be between 100 nm and 150 nm. For example, it is equal to 125 ⁇ m.
  • the width of the groove can be between 1500 and 3000 nm and / or the length of the groove can be between 0.5 mm and 2.0 mm, for example is equal to 1.0 mm.
  • the second thermoelectric member can extend over the entire length and preferably over any width of the groove.
  • the second thermoelectric member has the shape of a strip, preferably rectilinear, the width of which is between 1.0 ⁇ m and 3.0 ⁇ m, for example equal to 2.0 ⁇ m and a length between 0.5 mm and 2.0mm, for example is equal to 1.0mm.
  • the thickness of the second thermoelectric member can be between 0.5 ⁇ m and 1.5 ⁇ m, for example equal to 1.0 ⁇ m.
  • the second thermoelectric member may have a thickness greater than the depth of the groove. It may protrude from the face of the layer onto which the groove opens.
  • the first thermoelectric member and the second thermoelectric member each have the shape of a strip, curvilinear or preferably rectilinear.
  • the ratio of the length of the first thermoelectric member, respectively of the second thermoelectric member, to the width of the first thermoelectric member, respectively of the second thermoelectric member may be greater than 100, preferably greater than 200, preferably greater than 500 .
  • thermoelectric couple extends in a longitudinal direction parallel to the longitudinal directions of the first and second thermoelectric members.
  • the first and second thermoelectric members are electrically connected to each other in at least one electrical connection zone and are electrically isolated from each other in at least one electrical insulation zone.
  • thermoelectric sensor comprises an electrical insulation coating, disposed between the first thermoelectric member and the second thermoelectric member.
  • the electrical insulation coating may be in contact with the first thermoelectric member and the second thermoelectric member.
  • the electrical insulation coating is an electrically insulating material which can be selected from the group consisting of AI2O3, T1O2, HfCh, SiN, S1O2 and their mixtures.
  • the electrically insulating material is alumina.
  • the length of the electrical insulation zone measured according to the direction of extension of the second thermoelectric member, can be between 0.5 mm and 2.0 mm.
  • the electrically insulating coating can cover at least partially, or even completely, the face or faces of the groove.
  • the electrical insulation area and the electrical connection area may be separate.
  • the electrical insulation zone can be defined by the face or faces common to the first and second thermoelectric members and electrical connection zones can be defined by other faces of the first and second thermoelectric members.
  • the electrical insulation zone is defined by the face (s) of the groove, and respective electrical connection zones can be defined respectively by the upper faces of the first and second thermoelectric members.
  • the electrical isolation area and the electrical connection area may be related.
  • the electrical insulation zone can comprise a portion of the faces common to the first and second thermoelectric members and at least one electrical connection zone can comprise another portion of said common faces.
  • the electrical connection zone is arranged less than 50 ⁇ m, or even less than 10 ⁇ m, from a longitudinal edge of the second thermoelectric member.
  • the ratio of the extension length of the electrical connection area to the extension length of the electrical insulation area can be between 0.0001 and 0.01, said lengths being measured along the longitudinal direction of the cable. second thermoelectric member.
  • the electrical connection area can extend over a length of between 0.5 ⁇ m and 2.5 ⁇ m.
  • thermoelectric sensor can be shaped in different ways.
  • the first and second thermoelectric members may be in contact in the electrical connection zone.
  • the contact area between the first and second thermoelectric members is defined by part of a face common to the first and second thermoelectric members.
  • first and second thermoelectric members can be distant from each other and be electrically connected by an electrical connector.
  • the electrical connector may be an electrically conductive bridge formed from one or more electrically conductive layers, in particular metallic, at least partially superposed on the first thermoelectric member and on the second thermoelectric member.
  • the material forming the electrically conductive bridge is chosen from titanium, gold, aluminum, nickel and their alloys, preferably is aluminum.
  • thermoelectric sensor may further include an electrically insulating spacer, for example made of silicon oxide, sandwiched between the electrically conductive bridge and the first and second thermoelectric members.
  • the electrically conductive bridge can connect faces, for example upper, of the first and second thermoelectric members, which are opposite to the covered faces, preferably entirely by the electrical insulation coating.
  • thermoelectric sensor comprises several thermoelectric couples.
  • thermoelectric couples can be electrically connected to each other in parallel or, preferably, in series.
  • thermoelectric member of one of the thermoelectric pairs can be electrically connected, in an electrical interconnection zone, with the second thermoelectric member of one of the other thermoelectric pairs.
  • the electrical interconnection zone between two thermoelectric couples is arranged at a distance from each of the electrical connection zones of the two respective thermoelectric couples.
  • the distance between the electrical interconnection zone and the electrical connection zone of at least one, preferably of the two thermoelectric couples is greater than 100 ⁇ m, preferably greater than 200 ⁇ m, preferably greater than 500 pm.
  • the first thermoelectric member of one of the thermoelectric pairs is electrically connected, by means of an interconnection member, with the second thermoelectric member of one of the other thermoelectric pairs.
  • the interconnection member is preferably metallic and connects the first and second thermoelectric members. Preferably, it has parts in contact with the upper faces of the first and second thermoelectric members and at least one part distant from the first and second members.
  • thermoelectric member of one of the thermoelectric couples can be in contact with the second thermoelectric member of the other thermoelectric couple.
  • first thermoelectric member of one of the thermoelectric pairs and the second thermoelectric member of the other of the thermoelectric pairs can be electrically connected by an interconnection member, for example as described above.
  • thermoelectric member of one of the thermoelectric pairs can be remote from the second thermoelectric member of one of the other thermoelectric pairs.
  • said first thermoelectric member can be separated from the second thermoelectric member of the other thermoelectric couple by the electrical insulation coating of the other thermoelectric couple.
  • thermoelectric couples are aligned next to each other in an alignment direction which is oblique, preferably perpendicular, to the longitudinal direction of each thermoelectric couple.
  • thermoelectric couples can be identical to each other. Alternatively, they can differ from each other. For example, they may have different dimensions and / or include means for electrically connecting the first and second different thermoelectric members.
  • thermoelectric sensor comprises the regular repetition, preferably periodically, in an alignment direction, of an elementary pattern formed of at least one thermoelectric couple, in particular two electrically interconnected thermoelectric couples.
  • thermoelectric couples are electrically connected in series.
  • the first thermoelectric member of one of the thermoelectric couples can be distant from the first thermoelectric member of each of the other thermoelectric couples and the second thermoelectric member of one of the thermoelectric couples can be distant from the second thermoelectric member of each of the other thermoelectric couples. Any short-circuit within the group of thermoelectric couples is thus avoided.
  • the first thermoelectric member of one of the thermoelectric couples is electrically connected to the first thermoelectric member of at least one of the adjacent thermoelectric couples, by means of the respective second thermoelectric member of the adjacent thermoelectric couple.
  • the power transistor can be a field effect transistor, called a “FET” transistor.
  • FET field effect transistor
  • it is of the HEMT type, the acronym for “High Electron Mobility Transistor”.
  • the base layer of the transistor comprises for more than 99.9% of its mass the transistor material.
  • the support can be formed from silicon.
  • It may be in the form of a plate having a thickness which may be greater than 0.5 mm, for example 1 mm.
  • the support can be self-supporting, that is to say, it can deform, and in particular flex, without breaking under the effect of its own weight.
  • the invention relates to a device chosen from an energy converter, a control unit for a motor, a microwave power amplifier, the device comprising an electronic component according to the invention.
  • the invention also relates to a method of manufacturing an electronic component comprising a power transistor and a thermoelectric sensor having first and second thermoelectric members, the method comprising the following successive steps of: a) depositing a first material on a substrate for forming a base layer of the power transistor and a base layer of the thermoelectric sensor, the first material being chosen from gallium nitride, aluminum-gallium nitride, gallium arsenide, gallium-indium, gallium-indium nitride, aluminum nitride, aluminum-indium nitride and mixtures thereof, b) n-type or p-type doping of at least a portion of the base layer of the thermoelectric sensor, or deposition of a second material in contact with the base layer of the thermoelectric sensor to form an additional layer of the thermoelectric sensor, followed by n-type or p-type doping of at least a portion, of pre ference of the entirety of the additional layer of the thermoelectric sensor, the second material being different from the first
  • the method according to the invention makes it possible to manufacture on the same support, and by depositing at least one and the same first material, both the power transistor and the thermoelectric sensor. It is therefore easy to implement.
  • the manufacturing process is implemented to manufacture the electronic component according to the invention.
  • the substrate may comprise, or even may consist of, a support.
  • the support can be self-supporting.
  • the support is a silicon wafer, having a thickness of about 1 mm.
  • the substrate may further comprise a primary layer or a stack of primary layers of the thermoelectric sensor and / or a primary layer or a stack of primary layers of the power transistor, which are arranged on the substrate.
  • the first material can be deposited using a technique selected from physical vapor deposition and chemical vapor deposition.
  • the first material comprises, preferably for more than 99.9% of its mass, gallium nitride. It can consist of gallium nitride.
  • the base layer of the thermoelectric sensor and the base layer of the power transistor can be contiguous and form a monolithic whole.
  • the method may include depositing the first material to form a primary layer, then ablating part of the primary layer to separate the primary layer into two distinct parts, respectively defining the base layer of the thermoelectric sensor and the base layer of the transistor.
  • the ablation of the precoat can be carried out by lithography and etching.
  • lithography and etching of a layer is understood to mean a technique comprising in succession:
  • the thickness of the base layer of the thermoelectric sensor and / or the thickness of the base layer of the transistor are preferably equal, for example between 2 ⁇ m and 4 ⁇ m.
  • the base layer of the thermoelectric sensor and the base layer of the transistor have respective lower faces, arranged at the same height of the support. They can have identical thicknesses.
  • step b) comprises the n-type or p-type doping of at least a portion of the base layer of the thermoelectric sensor and step c) comprises the formation of at least one least one groove passing right through the doped portion of the base layer of the thermoelectric sensor, the doped portion of the base layer of the thermoelectric sensor which extends along the groove defining the first thermoelectric member.
  • Doping can be implemented by ion implantation of the doping element or by intrinsic doping or by in-situ doping, and preferably such that at the end of step b), only the portion extending directly below the upper face of the base layer of the thermoelectric sensor is doped.
  • the doping element is chosen so that at the end of step b) the base layer of the thermoelectric sensor is either n-type doped or p-type doped.
  • the doping element can be chosen from among magnesium, carbon, zinc, oxygen, beryllium, silicon and their mixtures.
  • the method comprises the following successive steps of: a) depositing the first material on the substrate to form the base layer of the power transistor and the base layer of the thermoelectric sensor, the first material comprising for more than 99.9 % of its mass, gallium nitride, and b) doping of the portion directly under the upper face of the base layer of the thermoelectric sensor.
  • the method may include doping the base layer of the transistor together with the doping of the base layer of the thermoelectric sensor.
  • step b) comprises the deposition of a second material in contact with the base layer of the thermoelectric sensor to form an additional layer of the thermoelectric sensor, followed by the n-type or type doping.
  • the second material being different from the first material and being chosen from gallium nitride, aluminum-gallium nitride, gallium arsenide, gallium-indium , gallium-indium nitride, aluminum nitride, aluminum-indium nitride and mixtures thereof
  • step c) comprises the formation of at least one groove passing right through the doped portion of the additional layer of the thermoelectric sensor, the doped portion of the additional layer of the thermoelectric sensor contiguous to the groove and which extends along the groove defining the first thermoelectric member.
  • the second material can be deposited by a deposition technique as described above for step a).
  • the second material comprises, preferably for more than 99.9% of its mass, gallium aluminum nitride.
  • the second material is gallium aluminum nitride.
  • the additional layer of the thermoelectric sensor has a thickness of between 10 nm and 40 nm.
  • the doping of the base layer of the thermoelectric sensor or of the additional layer of the thermoelectric sensor can be carried out by ion implantation of a doping element, or by intrinsic doping or by in-situ doping.
  • the entirety of the additional layer is doped.
  • the doping element is chosen so that at the end of step b) the base layer of the thermoelectric sensor or the additional layer of the thermoelectric sensor is either n-doped or p-doped.
  • the doping element can be chosen from magnesium, carbon, zinc, oxygen, beryllium, silicon and their mixtures.
  • the method comprises the following successive steps of: a) depositing the first material on the substrate to form the base layer of the power transistor and the base layer of the thermoelectric sensor, the first material comprising for more than 99.9 % of its mass, gallium nitride, and b) depositing the second material on the base layer of the thermoelectric sensor to form the additional layer of the thermoelectric sensor, and doping the entire additional layer of the thermoelectric sensor, the second material comprising for more than 99.9% of its mass, aluminum gallium nitride.
  • the method may include, in step b), together with the formation of the additional layer of the thermoelectric sensor, the deposition of the second material on the base layer of the transistor to form an additional layer of the transistor.
  • the method may include doping the additional layer of the transistor, for example by means of the same doping element as for doping the additional layer of the thermoelectric sensor.
  • the additional layer of the thermoelectric sensor and the additional layer of the transistor can have lower faces arranged at the same height relative to the support.
  • the groove can be formed by lithography and etching of the base layer of the thermoelectric sensor or, where appropriate, of the additional layer, the groove being defined by the area etched in said layer.
  • the groove extends longitudinally and opens onto two opposing edges of the base layer and / or the additional layer of the thermoelectric sensor.
  • the base layer of the thermoelectric sensor may include a doped portion and a virgin portion as described above, and the groove passes right through the doped portion.
  • the depth of the groove is greater than or equal to the thickness of the doped portion of the base layer of the thermoelectric sensor.
  • the bottom of the groove is preferably formed in the virgin portion of the base layer of the thermoelectric sensor.
  • the portion of the additional layer of the thermoelectric sensor may be in contact with the non-doped base layer, the groove passing through said doped portion.
  • the depth of the groove is greater than or equal to the thickness of the doped portion of the additional layer of the thermoelectric sensor.
  • the bottom of the groove is formed in said undoped base layer.
  • the groove can separate the additional layer of the thermoelectric sensor, or the doped portion of the base layer of the thermoelectric sensor, into two distinct parts. These two distinct parts thus each define two first thermoelectric members electrically isolated from one another.
  • the groove may have a section in the shape of a "U”, or semicircular. It can extend in a curvilinear or, preferably, rectilinear direction.
  • the depth of the groove measured between the face on which the groove opens and the bottom of the groove, can be between 100 nm and 150 nm For example, it is equal to 125 ⁇ m.
  • the width of the groove can be between 1500 and 3000 nm and / or the length of the groove can be between 0.5 mm and 2.0 mm, for example is equal to 1.0 mm.
  • the groove extends longitudinally and opens onto two opposing edges of the base layer and / or the additional layer of the thermoelectric sensor.
  • step c Preferably several grooves are formed in step c), two adjacent grooves being separated by an adjacent first thermoelectric member.
  • the grooves can be formed so as to define an array of grooves.
  • the grooves Preferably, observed in a direction normal to the support, the grooves have the shape of a rectilinear strip.
  • the grooves extend in parallel directions. They are preferably formed at a distance from each other in an oblique direction, preferably perpendicular to their direction of extension.
  • two consecutive grooves are separated by a first thermoelectric member.
  • two adjacent grooves can be separated by a distance between 3.0 ⁇ m and 5.0 ⁇ m, for example equal to 4.0 ⁇ m.
  • the electrically insulating coating can be formed by depositing an electrically insulating material in the groove.
  • the electrically insulating coating can be formed by implementing the following successive steps of: i) depositing an electrically insulating material on the base layer of the sensor thermoelectric, or where appropriate on the additional layer of the thermoelectric sensor, to form a temporary layer, ii) formation of a mask by lithography and etching of the temporary layer, the solid portion of the mask being at least partially superimposed on the groove, and iii) stripping of the lithography mask.
  • the electrically insulating material is deposited on an undoped portion of the base layer of the thermoelectric sensor, or where appropriate on a part of the undoped portion of the additional layer of the thermoelectric sensor.
  • step ii) any etching method, for example chemical, known to those skilled in the art can be used.
  • the electrically insulating material can be chosen from among Al2O3, T1O2, HfCL, SiN, S1O2 and their mixtures. It is preferably made of alumina, the chemical formula of which is Al2O3.
  • the electrically insulating material can be deposited by a technique selected from atomic layer deposition and chemical vapor deposition.
  • Atomic Layer Deposition also known by the abbreviation "ALD”, acronym for “Atomic Layer Deposition”.
  • Chemical Vapor Deposition is known by the abbreviation "CVD”, acronym for “Chemical Vapor Deposition”.
  • the solid portions of the lithography mask can cover less than 10% of the first thermoelectric member adjacent to the groove.
  • the solid portions of the mask can partially cover the groove.
  • at least one face of the groove is partially not covered by the electrical insulation coating. It can thus define an electrical contact zone between the first thermoelectric member and the second thermoelectric member formed in step e).
  • the solid portions of the mask can completely cover the face or faces of the groove.
  • the electrical insulation coating has a thickness between 10 nm and 100 nm
  • the method comprises the formation of several electrical insulation coatings each at least partially covering the face or faces of one of the corresponding grooves.
  • the mask may include several solid portions, each being at least partially superimposed on one of the corresponding grooves.
  • step e) an insertion layer is formed which is at least in part in contact with the electrical insulation coating.
  • the insert layer can be formed by depositing a third material in the groove.
  • the third material can be deposited on the electrically insulating coating and, where appropriate on the face (s) of the groove defined by the doped portion of the base layer of the thermoelectric sensor or on the doped portion of the layer. additional thermoelectric sensor.
  • the insertion layer can be formed by implementing the following successive steps of: i ') depositing a third material on the base layer of the thermoelectric sensor, or where appropriate on the additional layer of the thermoelectric sensor , as well as on the electrically insulating coating, to form another temporary layer, ii ') formation of another mask by lithography and etching of the other temporary layer, the solid portion of the other mask being superimposed at least partially, or even totally, to the temporary insulation coating, and iii ′) stripping of the other lithography mask.
  • the third material can be a thermoelectric metal, for example aluminum.
  • the solid portion of the other mask superimposed on the groove has, in top view, the shape of a strip, preferably rectilinear.
  • the third material may be a semiconductor material chosen from gallium nitride, aluminum-gallium nitride, gallium arsenide, gallium-indium, gallium-indium nitride, d-nitride. aluminum, aluminum-indium nitride and mixtures thereof.
  • the third material is gallium nitride or aluminum gallium nitride.
  • the insertion layer defines a second thermoelectric member.
  • the second thermoelectric member may extend over the entire length and, preferably, over any width of the groove.
  • the second thermoelectric member has the shape of a strip, preferably rectilinear, the width of which is between 1.0 and 3.0 ⁇ m, for example equal to 2.0 ⁇ m and a length between 0.5 mm and 2. , 0 mm, for example is equal to 1.0 mm.
  • the thickness of the second thermoelectric member can be between 0.5 ⁇ m and 1.5 ⁇ m, for example equal to 1.0 ⁇ m.
  • the second thermoelectric member may have a thickness greater than the depth of the groove. It may protrude from the face of the layer onto which the groove opens.
  • the method may include forming and, optionally doping, several insertion layers, each contained in one of the corresponding grooves.
  • the insertion layers define with adjacent areas of the doped portion of the base layer of the thermoelectric sensor or of the doped portion of the additional layer of the electrical sensor several thermoelectric pairs.
  • the other mask may include several solid portions, each being at least partially, or even totally, superimposed on one of the corresponding grooves.
  • the insert layers are formed at a distance from each other.
  • the insertion layers can form a network, preferably substantially homothetic to the network of grooves.
  • two consecutive insertion layers can be separated by portions of the base layer of the thermoelectric sensor or, where appropriate, by portions of the additional layer of the thermoelectric sensor.
  • thermoelectric sensor may comprise a plurality of first and second thermoelectric members, which preferably are arranged alternately one beside the other.
  • the method may include the deposition of the third material in the portion of the groove not covered by the electrical insulation coating, in contact with the doped portion of the base layer of the thermoelectric sensor, or where appropriate in contact with the doped portion of the layer additional thermoelectric sensor.
  • the first and second thermoelectric members are in contact with one another over a portion of their length, and are thus electrically connected. They are furthermore electrically insulated from each other by the electrically insulating coating in the portion where the second thermoelectric member covers the electrically insulating coating. A thermoelectric couple of the thermoelectric sensor is thus formed.
  • the method preferably comprises a step of forming an electrical connector electrically connecting the first and second. second thermoelectric members. A thermoelectric couple of the thermoelectric sensor is thus formed.
  • the method may include the formation of a spacer, of an electrically insulating material, for example silica, superimposed on the first and second thermoelectric members followed by the formation of an electrically conductive bridge electrically connecting the first and second members. thermoelectric and overlapping the spacer.
  • an electrically insulating material for example silica
  • the method may include the formation of several electrically conductive bridges connecting the corresponding first and second thermoelectric members. A plurality of thermoelectric couples are thus formed.
  • the electrically conductive bridge can be formed on the respective upper faces of the first and second thermoelectric members.
  • the method preferably comprises forming at least one interconnection member for electrically connecting two thermoelectric couples.
  • the method may include the formation of another spacer, formed of an electrically insulating material, for example silica, superimposed on the first thermoelectric member of one of the thermoelectric couples and on the second thermoelectric member of the other. thermoelectric couple, followed by the formation of the interconnection member which is superimposed on the other spacer, and which electrically connects the first thermoelectric member of one of the thermoelectric couples to the second thermoelectric member of the other thermoelectric couple.
  • An electrical interconnection between the thermoelectric couples is thus formed.
  • a portion of the groove intended to form the second thermoelectric member of a thermoelectric couple may be free of coating and in step e), the insertion layer is deposited in contact with the thermoelectric member of the adjacent thermoelectric couple.
  • the method may include, together with forming the electrically insulating layer of the thermoelectric sensor, forming an electrically insulating layer of the transistor made of the same material as the electrically insulating layer of the thermoelectric sensor.
  • Figure 1 illustrates, in a cross-sectional view, a process step according to a first implementation example
  • Figure 2 illustrates, in a cross-sectional view, another step of the method according to the first implementation example
  • Figure 3 illustrates, in a cross-sectional view, another step of the method according to the first implementation example
  • Figure 4a illustrates, in a cross-sectional view, another step of the method according to the first implementation example
  • FIG 4b Figure 4b illustrates, in a top view, the process step illustrated in Figure 4a,
  • FIG 5a Figure 5a illustrates, in a cross-sectional view, another step of the method according to the first implementation example
  • FIG 5b illustrates, in a top view, the process step illustrated in Figure 5a
  • Figure 6 illustrates, in a cross-sectional view, another step of the method according to the first implementation example
  • FIG 7a Figure 7a illustrates, in a cross-sectional view, another step of the method according to the first implementation example
  • FIG 7b illustrates, in a top view, the process step illustrated in Figure 7a
  • FIG 8 illustrates, in a cross-sectional view, another step of the method according to the first implementation example
  • Figure 9a illustrates, in a cross-sectional view, another step of the method according to the first implementation example
  • Figure 9b illustrates, in a top view, the process step illustrated in Figure 9a,
  • Figure 10 illustrates, in a cross-sectional view, another step of the method according to the first implementation example
  • Figure 11a illustrates, in a cross-sectional view, another step of the method according to the first implementation example
  • FIG 11b Figure 11b illustrates, in a top view, the process step illustrated in Figure 11a,
  • Figure 12a illustrates, in a cross-sectional view along the section plane (II), another step of the method according to the first example of implementation
  • Figure 12b illustrates, in a top view, the process step illustrated in Figure 12a,
  • Figure 13a illustrates, in a cross-sectional view, another step of the method according to the first implementation example
  • FIG 13b illustrates, in a top view, the process step illustrated in Figure 13a,
  • Figure 14 illustrates, in a cross-sectional view, an electronic component according to the invention manufactured according to the first implementation example
  • FIG. 15 illustrates, in a top view, a step of the method according to a second example of implementation
  • Figure 16 illustrates, in a cross-sectional view along the section plane (AA), the process step illustrated in Figure 15,
  • Figure 17 illustrates, in a cross-sectional view along the section plane (CC), the process step illustrated in Figure 15,
  • FIG. 18 illustrates, in a cross-sectional view, a step of the method according to a third example of implementation
  • Figure 19 illustrates, in a cross-sectional view, an electronic component according to the invention manufactured according to the third implementation example, and
  • FIG. 20 is a schematic top view of another example of an electronic component according to the invention.
  • the proportions of the various constituent elements of the electronic components illustrated are not shown to scale.
  • Figures 1 to 14 There is shown in Figures 1 to 14 a first example of implementation of the method according to the invention, to manufacture an example of an electronic component according to the invention.
  • step a there is a substrate 5 which comprises a support 10 of silicon and a primary layer 15 of aluminum nitride, which covers the substrate.
  • the thickness of the support e s is equal to 1.0 mm and the thickness of the primary layer e p of aluminum nitride is equal to 50 nm.
  • step b) gallium nitride is deposited, for example by physical vapor deposition or by chemical vapor deposition, in contact with the primary layer of aluminum nitride.
  • An initial layer is thus formed.
  • the initial layer can then be separated into two distinct parts, for example by lithography and etching, to form a base layer 20 of the power transistor and a base layer 25 of the thermoelectric sensor, as illustrated in FIG. base of the power transistor and the base layer of the thermoelectric sensor are separated by a separation distance d, chosen so that the thermoelectric sensor generates an electric voltage under the effect of heating of the transistor.
  • the separation distance d is for example between 1 ⁇ m and 1000 ⁇ m.
  • the respective lower faces 30, 35 of the base layers 20 and 25 can be arranged at the same height H of the upper face 40 of the support.
  • the base layer 25 of the multilayer sensor is doped in step b), for example by ion implantation.
  • a doping element for example silicon
  • the layer is n-doped.
  • the doped portion 45 extends over a thickness p ss under the upper face equal to 25 nm.
  • the dotted line represents the boundary between the blank portion 55 of the base layer 25 in which the base layer is substantially free of the doping element and the doped portion 45, in which more than 99% of the doping element is concentrated.
  • step c) grooves are formed on the upper face of the base layer of the thermoelectric sensor.
  • a mask 65 is formed by photolithography on the upper face 70 of the base layer 25 of the thermoelectric sensor. It comprises at least one solid portion 75, consisting for example of a heat-sensitive resin, and recesses 80a-b superimposed on portions 85a-b of the upper face of the base layer where the grooves are intended to be formed.
  • the base layer of the thermoelectric sensor is then etched in the portions 85a-b not covered by the solid portions of the mask. Then the mask is removed by stripping. As illustrated in FIGS. 5a and 5b, grooves 90a-b are thus formed, the respective depths of which p r are greater than the thickness p ss of the doped portion 45.
  • the grooves each have the shape of a strip, seen in a direction n normal to the support, which extends over the entire length of the base layer of the thermoelectric sensor between two of its edges 95, 100 opposite to each other.
  • thermoelectric members 105a-c of thermoelectric couples being formed are created, which respectively comprise parts 45a, 45b and 45c of the doped portion 45.
  • thermoelectric members 105a-c are thus distant and electrically isolated from each other, the grooves having depths p r greater than the thickness p ss of the doped portion 45, and extending right through between the edges 95 and 100.
  • each groove has a length L r of 1.0 mm, a width l r of 2.06 ⁇ m and a depth p r of approximately 125 nm and each of the first thermoelectric members has a length Li * of 1 , 0 mm, identical to the length of a groove, a width li * of 4.0 ⁇ m and a thickness, corresponding to the thickness of the doped portion 45, equal to 25 nm.
  • an electrically insulating coating is formed.
  • An electrically insulating material can be deposited, as illustrated in FIG. 6, on the upper face 70 of the base layer 25 of the thermoelectric sensor, and on the respective bottom faces 115a-b of the grooves.
  • a temporary layer 110 is thus formed.
  • the electrically insulating material is for example alumina and can be deposited by CVD, ALD or PECVD.
  • a mask 120 is then generated by photolithography, the solid portions 125 of the mask being fully superimposed on the groove, as illustrated in FIGS. 7a and 7b.
  • the temporary layer is then etched in its part or parts not covered by the solid portions of the mask, as illustrated in FIG. 8.
  • each electrical insulation coating 130a-b is formed, each completely covering the side faces 135a-b, 140a-b and the bottom face 145a-b of each of the grooves.
  • each electrical insulation coating extends over the entire width and over the entire length of the groove that it covers.
  • a third material is deposited, for example a thermoelectric metal, in particular aluminum, on the upper face of the base layer of the thermoelectric sensor and on the coating of electrical insulation, so as to form another temporary layer 150.
  • a third material is deposited, for example a thermoelectric metal, in particular aluminum, on the upper face of the base layer of the thermoelectric sensor and on the coating of electrical insulation, so as to form another temporary layer 150.
  • Another mask 155 is then formed by photolithography, the solid portions 160a-b of which completely cover the groove, as illustrated in FIG. 10.
  • insert layers 170a-b are formed which each completely fill a corresponding groove. Each insert layer protrudes from the top face of the thermoelectric sensor base layer. Furthermore, the insertion layers being formed of a thermoelectric material, they each define second thermoelectric members 175a-b intended to form, with corresponding first thermoelectric members, thermoelectric couples.
  • thermoelectric member is thus contiguous to a first thermoelectric member.
  • the electrical insulating coating forms a barrier between a first thermoelectric member and an adjacent second thermoelectric member, which are thus electrically isolated from each other, as shown in Figures 1a and 1 lb.
  • the first and second thermoelectric members each extend in directions of extension DE parallel to each other, and are aligned side by side alternately in an alignment direction DA perpendicular to the direction of extension DE. Two first and second adjacent thermoelectric members thus form a pattern which is repeated regularly in the direction of alignment D A.
  • the third material may be a semiconductor and the method may include doping the insertion layer to give it thermoelectric properties.
  • the base layer 25 is of n-doped gallium nitride
  • the third material can be gallium nitride or aluminum-gallium nitride and the insertion layer can be p-doped by implanting beryllium. , magnesium, zinc or carbon.
  • the first thermoelectric members are electrically insulated from the second thermoelectric members by means of the electrically insulating coating.
  • the method implemented in Example 1 comprises the deposition of a first silica layer 180 which covers both the parts 185a-b, 190a-b d ' longitudinal end of the first thermoelectric members and of the second thermoelectric members respectively.
  • the first silica layer extends right through the base layer of the thermoelectric sensor and over the insertion layers, in the alignment direction DA.
  • the silica layer thus has the shape of a rectilinear strip whose width l b is for example equal to 5.5 ⁇ m.
  • the first silica layer comprises first 195a-b and second 200a-b windows passing through it in its thickness and which open onto the upper face 205a-b of the first thermoelectric member and onto the upper face 210a-b of the second member. thermoelectric respectively.
  • the method comprises the formation of first 215a-b and second 220a-b electrically conductive pads, for example of metal, and in particular of aluminum, which are housed in the windows.
  • the windows as well as the electrically conductive pads can be formed successively, by a lithography and etching technique as described elsewhere in the present description.
  • Example 1 comprises, as illustrated in FIGS. 13a and 13b, the formation of a second layer of silica 240 which is fully superimposed on the first layer of silica 180 and vice versa.
  • the second layer comprises another window 245a-b which passes right through it in its thickness and which opens onto the first 220a-b and second 225a-b electrically conductive pads.
  • the other window is also superimposed on the first layer of silica and on a first adjacent thermoelectric member and on a second thermoelectric member.
  • a strip 250a-b electrically conductive, for example made of aluminum, is housed in the window and is in contact with the first and second electrically conductive pads.
  • the pads and the electrically conductive strip define an electrically conductive bridge 260a-b which connects first 105a-b and second 170a-b adjacent thermoelectric members. Furthermore, the portion of the first layer of silica sandwiched between the electrically conductive bridge and the thermoelectric members is an electrically insulating spacer 270a-b.
  • the first and second thermoelectric members are thus electrically connected in an electrical connection zone 280 extending over the longitudinal end portion over a length less than the width l b of the silica strip, and are electrically insulated from one of them. the other on an electrical insulation zone 290 which extends over the length of the groove.
  • Thermoelectric couples 300a-b are thus created, which each comprises first 105a-b and second 170a-b thermoelectric members connected by the electrically conductive bridge 260a-b respectively, which under the effect of heating of the transistor is able to generate a electric current by Seebeck effect.
  • thermoelectric couples can be interconnected in series with each other.
  • the method comprises forming another silica layer 310 which covers the longitudinal end portions 320a-b, 330a-b of the first thermoelectric members and of the second thermoelectric members respectively. , opposite the first layer of silica 180.
  • Interconnection members 340a-b connecting the second thermoelectric member, for example 170a of a thermoelectric couple, for example 300a, to the first thermoelectric member, for example 105b, d 'an adjacent thermoelectric couple, for example 105b, are formed, according to a method identical to that described above to generate the electrically conductive bridges.
  • thermoelectric sensor 350 formed of thermoelectric couples electrically connected in series is thus obtained by means of the method implemented in Example 1.
  • connection pastes 352a-b deposited on the support and to which it is connected, to measure the electric voltage or the electric current generated respectively by the power transistor 355 arranged on the support nearby, as shown in figure 14.
  • the method may include the formation of one or more layers stacked on the base layer of the transistor, to form the power transistor 355.
  • the method comprises forming an additional layer 356 of the transistor, for example formed of aluminum gallium nitride, in contact with the base layer 20 of the gallium nitride transistor.
  • the additional layer of the transistor is, for example, doped n in the example illustrated. It can be formed by a step following the deposition of the base layers of the transistor and of the thermoelectric sensor.
  • the method further comprises forming a drain layer 357 and a source layer 358 which are metallic and which, for example, are in part formed during the operation of depositing the third material of the insertion layer of the. thermoelectric sensor.
  • An insulation layer 359 of the transistor as well as a gate layer 360 may ultimately be formed on the additional layer.
  • An electronic component 365 comprising a power transistor 355 of the HEMT type is thus obtained which is placed on the support near the thermoelectric sensor 350.
  • the electronic component 365 illustrated in FIG. 20 differs from that illustrated in FIG. 14 by the arrangement of the transistor 355 relative to the thermoelectric sensor 350.
  • a face 450 of the transistor is disposed opposite a face 455 of the thermoelectric sensor, which is substantially perpendicular to the directions of extension of the first 105a-b and second 170a-b thermoelectric members.
  • Such a relative arrangement of the transistor with respect to the thermoelectric sensor optimizes the generation of an electric current by the thermoelectric sensor upon heating of the transistor. The accuracy of the measurement of the temperature rise of the transistor can thus be improved.
  • thermoelectric sensor of the electronic component of Example 2 differs from that illustrated in Example 1 in that the first and second thermoelectric members of a thermoelectric pair are in direct contact with each other. another in an electrical connection zone 370.
  • thermoelectric sensor can be manufactured by implementing steps a) to c) described above to form a groove in the doped base layer of the thermoelectric sensor.
  • the manufacturing process differs from that implemented in Example 1, in that an electrically insulating coating 130a-b is formed which only partially covers the faces of the groove.
  • a mask is deposited on the temporary layer 110, which is not superimposed on a portion of the groove in a longitudinal end portion 370a-b of the groove.
  • the electrically insulating coating 130a covers the part of the groove contiguous to a doped portion 45 2 of the base layer of the thermoelectric sensor intended to form a first thermoelectric member 105b of a another adjacent thermoelectric couple. This prevents the formation of a short circuit within the thermoelectric sensor.
  • the method then includes forming an insert layer as described in Example 1, which fills the entire volume of the groove.
  • the second thermoelectric member 170a-b thus formed is, in the end portion of the groove, in direct contact with a first adjacent thermoelectric member in an electrical connection zone 375a-b and electrically isolated from the other first adjacent thermoelectric member.
  • the electrical contact zone can in particular extend over a distance L z measured along the length of the groove, less than 10 ⁇ m.
  • the first and second thermoelectric members are distant from each other and electrically isolated, as already illustrated on the figure. Figure 1 la.
  • thermoelectric sensor can be manufactured with a limited number of layers to be deposited.
  • thermoelectric couple 300a the electrical insulation coating is not superimposed, in the end portion 390a-b opposite the groove, on the face of the groove 140a-b contiguous to the doped portion. of the base layer of the thermoelectric sensor intended to form a first thermoelectric member of another thermoelectric couple.
  • the second thermoelectric member 170a of a thermoelectric couple 300a is in direct contact with the first thermoelectric member 105b of the adjacent thermoelectric couple 300b.
  • the adjacent thermoelectric couples are thus connected in series.
  • the manufacturing process according to the invention implemented in Example 3 differs from that implemented in Example 1 in that in step b), it comprises the deposition of a second contact material of the base layer of the thermoelectric sensor to form an additional layer 385 of the thermoelectric sensor.
  • thermoelectric sensor 350 and the power transistor can respectively comprise a multilayer stack.
  • the multilayer sensor stack and the multilayer transistor stack comprise the same succession of layers consisting of:
  • the method comprises the doping of the additional layer of the sensor, and optionally of the additional layer of the transistor.
  • the additional layer of the thermoelectric sensor is n-doped gallium aluminum nitride over its entire thickness. Alternatively, it can be doped only on a portion, which for example extends directly under the upper face 386 of the additional layer of the thermoelectric sensor.
  • step c) grooves are formed using a lithography and etching technique as described in Example 1, the process being carried out such that the depth of the groove p r is greater than or equal to the thickness e a of the additional doped layer, the bottom of each groove being defined by a face of the base layer of the thermoelectric sensor in undoped gallium nitride.
  • first thermoelectric members 105a-c formed of n-doped gallium aluminum nitride are formed, which are electrically isolated from each other by the base layer of the thermoelectric sensor.
  • the other steps to form the second thermoelectric members, then to connect between the first and second thermoelectric members to create thermoelectric couples, and finally to connect the thermoelectric couples in series are identical to those described in example 1.
  • the The transistor of the electronic component of Figure 19 can be disposed relative to the thermoelectric sensor as shown in Figure 20.
  • Example 4 differs from that described in Example 3, in that it comprises a step of forming the electrically insulating coating as described in Example 2.
  • the second thermoelectric member is in contact with the first thermoelectric member made of gallium aluminum nitride doped in the electrical connection zone.
  • thermoelectric sensor can be formed on another support, then transferred to the support on which the power transistor rests.

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Abstract

Composant électronique de puissance intégrant un capteur thermoélectrique Composant électronique (365) comportant un support (10), un capteur thermoélectrique (350) et un transistor de puissance (355) disposés sur le support, le transistor de puissance comportant une couche de base (20) contenant un matériau de transistor choisi parmi le nitrure de gallium, le nitrure d'aluminium-gallium, l'arséniure de gallium, le gallium-indium, le nitrure de gallium-indium, le nitrure d'aluminium, le nitrure d'aluminium-indium et leurs mélanges, le composant électronique étant configuré pour que le capteur thermoélectrique génère un courant électrique sous l'effet d'un échauffement du transistor de puissance.

Description

Description
Titre : COMPOSANT ELECTRONIQUE DE PUISSANCE INTEGRANT UN CAPTEUR THERMOELECTRIQUE
La présente invention concerne un composant électronique de puissance, comportant un transistor de puissance et un capteur thermoélectrique pour mesurer la température et/ou le flux thermique généré par le transistor de puissance. Elle concerne aussi un procédé de fabrication d’un composant électronique de puissance comportant un transistor et un capteur thermoélectrique.
Au sein d’un composant électronique de puissance, un transistor de puissance, par exemple basé sur un matériau tel que le nitrure de gallium (GaN), l’arséniure de gallium (AsGa), ou le gallium-indium (InGa), s’échauffe sous l’effet de la puissance électrique qu’il génère. Il est donc utile de contrôler l’évolution de la température du transistor pour éviter une surchauffe du composant électronique. A cette fin, le flux thermique et/ou la température du transistor peuvent être mesurés pour adapter la commande électrique du transistor en conséquence.
Actuellement, des résistances variables en fonction de la température, aussi appelées thermistance ou résistances « Tsense » sont mises en œuvre pour mesurer la température de tels transistors. Elles sont par exemple:
- des thermistances métalliques intégrées à base de platine qui sont découplées de la zone active du composant;
- des thermistances à base de matériaux résistifs autres que le platine, par exemple en NiCr ou TaN, et
- des thermistances externes à base de platine, ou des diodes à base de silicium, qui sont disposés hors du composant électronique.
Ces thermistances nécessitent toutes d’être alimentées électriquement au moyen d’une source de courant. De plus, la mise en œuvre de ces résistances nécessite une étape supplémentaire lors de la fabrication du circuit intégré.
Il existe donc un besoin pour mesurer simplement la température d’un transistor de puissance au sein d’un composant électronique qui le contient, et de préférence sans complexifier la fabrication du composant électronique. L’invention répond à ce besoin et propose un composant électronique comportant un support, un capteur thermoélectrique et un transistor de puissance disposés sur le support, le transistor de puissance comportant une couche de base contenant, de préférence consistant en, un matériau de transistor choisi parmi le nitrure de gallium, le nitrure d'aluminium-gallium, l’arséniure de gallium, le gallium- indium, le nitrure de gallium-indium, le nitrure d’aluminium, le nitrure d’aluminium- indium et leurs mélanges, le composant électronique étant configuré pour que le capteur thermoélectrique génère un courant électrique sous l’effet d’un échauffement du transistor de puissance.
Ainsi, en mesurant le courant et/ou la tension électrique aux bornes du capteur thermoélectrique, réchauffement et/ou la température du transistor de puissance peuvent être mesurés sans qu’aucune source de courant électrique ne soit nécessaire pour alimenter le capteur thermoélectrique.
De préférence, le transistor de puissance est multicouche.
De préférence, le capteur thermoélectrique est multicouche et comporte une couche de base.
La couche de base du capteur thermoélectrique comporte, pour plus de 99,9 % de sa masse, un matériau de capteur choisi parmi le nitrure de gallium, le nitrure d'aluminium-gallium, l’arséniure de gallium, le gallium- indium, le nitrure de gallium- indium, le nitrure d’aluminium, le nitrure d’aluminium- indium et leurs mélanges.
De préférence, le matériau de capteur et le matériau de transistor sont identiques. Avantageusement, les couches de base du capteur thermoélectrique et du transistor peuvent ainsi être déposées conjointement, par exemple au moyen d’une unique étape de dépôt. De préférence, le matériau de capteur et le matériau de transistor sont le nitrure de gallium.
La couche de base du capteur thermoélectrique et la couche de base du transistor peuvent être déposées conjointement par un même procédé de dépôt de couche, par exemple par dépôt physique en phase vapeur ou par dépôt chimique en phase vapeur.
La couche de base du capteur thermoélectrique et la couche de base du transistor peuvent être disjointes. Par exemple, elles peuvent être obtenues par un procédé de dépôt d’une couche initiale suivie par une ablation locale, pour séparer la couche initiale en la couche de base du capteur thermoélectrique et en la couche de base du transistor.
Dans la variante où le matériau de capteur et le matériau de transistor sont identiques, la couche de base du capteur thermoélectrique et la couche de base du transistor peuvent être reliées l’une à l’autre et former une couche commune partagée par le capteur thermoélectrique et par le transistor de puissance.
La couche de base du capteur thermoélectrique et la couche de base du transistor peuvent présenter une composition identique.
Une couche présente une face « inférieure » en regard du support et une face « supérieure », opposée à la face inférieure.
De préférence, la couche de base du capteur thermoélectrique et la couche de base du transistor présentent des faces inférieures respectives, disposées à une même hauteur du support. Elles peuvent présenter des épaisseurs identiques.
De préférence, le matériau de transistor et le matériau de capteur sont le nitrure de gallium et la couche de base du capteur thermoélectrique peut être dopée n, l’élément dopant étant notamment le silicium.
Par ailleurs, le transistor de puissance peut comporter un empilement multicouche de transistor. L’empilement multicouche de transistor peut comporter en succession :
- une couche de nitrure d’aluminium, par exemple d’épaisseur égale à 50 nm,
- une couche comportant, pour plus de 99,9 % de sa masse, du nitrure de gallium, par exemple d’épaisseur comprise entre 2 pm et 4 pm, et
-optionnellement, une couche comportant, pour plus de 99,9% de sa masse, du nitrure d’aluminium-gallium, par exemple d’épaisseur comprise entre 10 nm et 40 nm.
De préférence, le capteur thermoélectrique comporte un empilement multicouche de capteur qui présente une même succession de couches que l’empilement multicouche de transistor.
Des couches de même rang au sein respectivement de l’empilement multicouche de transistor et de l’empilement multicouche de capteur présentent de préférence une même composition chimique et peuvent présenter une même épaisseur.
Avantageusement, le capteur thermoélectrique et le transistor de puissance peuvent être fabriqués par une succession d’étapes de dépôt conjointes pour former les couches d’un même rang des empilements respectifs.
Par exemple, l’empilement multicouche de transistor et l’empilement multicouche de capteur peuvent comporter chacun, en succession :
- une couche de nitrure d’aluminium, par exemple d’épaisseur égale à 50 nm, - une couche comportant, pour plus de 99,9% de sa masse, du nitrure de gallium, par exemple d’épaisseur comprise entre 2 pm et 4 pm, et
-optionnellement, une couche comportant, pour plus de 99,9% de sa masse, du nitrure d’aluminium-gallium, par exemple d’épaisseur comprise entre 10 nm et 40 nm.
Le capteur thermoélectrique et le transistor de puissance sont de préférence distants l’un de l’autre, par exemple d’une distance de séparation comprise entre 1 pm et 500 pm. Le capteur thermoélectrique peut ainsi détecter aisément une augmentation de température du transistor de puissance, par exemple d’au moins 0,1°C.
La couche de base du capteur thermoélectrique peut contenir au moins un élément dopant, comme complément à 100 % de sa masse. La couche de base du capteur thermoélectrique peut ainsi être dopée n ou p, en fonction de l’élément dopant. Le dopage résulte de la présence de l’élément dopant dispersé au sein de la couche de base du capteur thermoélectrique, l’élément dopant modifiant les propriétés électriques du matériau de capteur.
L’élément dopant peut être choisi parmi le silicium, le magnésium, le carbone, le zinc, l’oxygène, le béryllium, le silicium et leurs mélanges.
L’élément dopant peut être intégré au sein de la couche de base du capteur thermoélectrique lors de la croissance par épitaxie du matériau ou par implantation ionique
L’élément dopant peut être dispersé de manière homogène au sein de la couche de base du capteur thermoélectrique. Autrement dit, la concentration en élément dopant peut être sensiblement constante dans la couche de base du capteur thermoélectrique.
En variante, la concentration en élément dopant peut être variable dans la couche de base du capteur thermoélectrique. Elle peut varier le long de l’épaisseur de la couche de de base du capteur thermoélectrique. En particulier, elle peut être plus élevée dans une portion directement sous une face de la couche de base du capteur thermoélectrique que dans le reste de ladite couche. Par « directement sous une face », on entend une portion s’étendant sur au plus 100 nm, voire sur au plus 50 nm, voire sur au plus 25 nm sous une face, de préférence la face supérieure, de la couche de base du capteur thermoélectrique.
La teneur en l’élément dopant dans une portion dopée directement sous une face, de préférence la face supérieure, de la couche de base du capteur thermoélectrique peut être supérieure à 90,0 %, de préférence supérieure à 95,0 %, de préférence supérieur à 99,0 % de préférence supérieure à 99,9 %, de préférence égale à 100 %, en pourcentages atomiques sur la base du nombre d’atomes de l’élément dopant contenus dans la couche de base du capteur thermoélectrique .
En particulier, la couche de base du capteur thermoélectrique dopée peut être constituée d’une portion vierge, exempte de l’élément dopant, et d’une portion dopée, contenant l’élément dopant. La portion vierge peut constituer plus de 90 %, voire plus de 95 % du volume de la couche de base du capteur thermoélectrique. La portion dopée s’étend de préférence directement sous la face supérieure de la couche de base du capteur thermoélectrique .
Par exemple, dans une variante où le matériau de capteur est le nitrure de gallium, la couche de base du capteur thermoélectrique peut présenter une portion dopée s’étendant directement sous sa face supérieure sur une distance d’au moins 10 nm et une portion vierge s’étendant sous la portion dopée sur une distance comprise entre 2 pm et 4 pm, les distances étant mesurées selon l’épaisseur de ladite couche de base.
Par ailleurs, la couche de base du capteur thermoélectrique peut présenter une épaisseur comprise entre 1 pm et 5 pm, notamment entre 2 pm et 4 pm.
Le capteur thermoélectrique comporte au moins un couple thermoélectrique. Un couple thermoélectrique comporte des premier et deuxième organes thermoélectriques, qui présentent chacun des propriétés de conduction électriques différentes et sont reliés électriquement entre eux par une de leurs extrémités.
Le couple thermoélectrique est configuré pour générer une tension électrique sous l’effet d’un changement de température, par effet Seebeck.
De préférence, le transistor de puissance présente au moins une face en regard du capteur thermoélectrique qui s’étend sensiblement perpendiculairement à l’axe selon lequel le couple thermoélectrique s’étend.
Le premier organe thermoélectrique peut être en un matériau semi-conducteur dopé n ou dopé p, et le deuxième organe thermoélectrique peut être en un matériau thermoélectrique semi-conducteur dopé p ou dopé n respectivement ou en un métal thermoélectrique .
Le métal thermoélectrique peut être choisi parmi le titane, l’or, le nickel, le platine, l’aluminium et leurs alliages. Par exemple, le métal thermoélectrique est l’aluminium. Le premier organe thermoélectrique peut être formé par tout ou partie d’une couche du capteur thermoélectrique qui est dopée n ou dopée p.
Selon une variante, la couche de base du capteur thermoélectrique est dopée n ou dopée p et le premier organe thermoélectrique peut être formé par une portion de la couche de base du capteur thermoélectrique qui contient l’élément dopant.
En particulier, le premier organe thermoélectrique peut être formé au moins en partie, voire intégralement, par la portion dopée de la couche de base du capteur thermoélectrique, telle que décrite ci-dessus, qui de préférence s’étend directement sous la face supérieure de ladite couche de base.
Selon une autre variante, le capteur thermoélectrique peut comporter une couche additionnelle formée d’un matériau semi-conducteur dont au moins une portion est dopée n ou p. La portion dopée peut s’étendre directement sous la face supérieure de la couche additionnelle. De préférence, la couche additionnelle est dopée sur toute son épaisseur.
La couche additionnelle du capteur thermoélectrique est superposée à, et de préférence est au contact de, la face supérieure de la couche de base du capteur thermoélectrique. En particulier, la portion dopée de ladite couche additionnelle peut présenter une distribution homogène en élément dopant. Le premier organe thermoélectrique peut être formé, en tout ou partie par la portion dopée de ladite couche additionnelle. La couche additionnelle du capteur thermoélectrique peut présenter une épaisseur comprise entre 10 nm et 50 nm, par exemple égale à 25 nm.
Par exemple, la couche additionnelle du capteur thermoélectrique est en nitrure d’aluminium gallium et est dopée sur l’intégralité de son épaisseur et la couche de base est en nitrure de gallium et est exempte de dopage.
Par ailleurs, le premier organe thermoélectrique peut présenter une largeur comprise entre 1,0 pm et 20,0 pm, par exemple égale à 4,0 pm et/ou la longueur du premier organe thermoélectrique peut être comprise entre 0,1 mm et 2,0 mm, par exemple est égale à 1,0 mm.
De préférence, le deuxième organe thermoélectrique est superposé à la couche de base du capteur thermoélectrique.
De préférence, il est logé au moins en partie dans une rainure ménagée dans la couche de base du capteur thermoélectrique et/ou, le cas échéant, dans la couche additionnelle du capteur thermoélectrique. De préférence, la rainure s’étend longitudinalement et débouche sur deux bords opposés l’un à l’autre de la couche de base et/ou de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique. Elle peut s’étendre selon une direction curviligne ou, de préférence, rectiligne.
La couche de base du capteur thermoélectrique peut comporter une portion dopée et une portion vierge telles que décrites ci-dessus, et la rainure traverse la portion dopée de part en part, le fond de la rainure étant de préférence formé dans la portion vierge. De préférence, la profondeur de la rainure est supérieure à l’épaisseur de la portion dopée de la couche de base du capteur thermoélectrique.
En variante, le capteur thermoélectrique peut comporter une couche additionnelle dopée, au contact de la couche de base non dopée, et la rainure traverse la portion dopée de la couche additionnelle de part en part, le fond de la rainure étant de préférence formé dans ladite couche de base non dopée.
Ainsi, comme cela apparaîtra clairement par la suite, la rainure peut séparer la portion dopée de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique, ou la portion dopée de la couche de base du capteur thermoélectrique, en deux parties distinctes. Ces deux parties distinctes définissent ainsi chacune deux premiers organes thermoélectriques isolés électriquement l’un de l’autre, qui peuvent être destinés à former des couples thermoélectriques différents.
Par ailleurs, la rainure peut présenter une section en forme de « U », ou semi- circulaire. La profondeur de la rainure, mesurée entre la face sur laquelle débouche la rainure et le fond de la rainure, peut être compris entre 100 nm et 150 nm. Par exemple, elle est égale à 125 pm. La largeur de la rainure peut être comprise entre 1500 et 3000 nm et/ou la longueur de la rainure peut être comprise entre 0,5 mm et 2,0 mm, par exemple est égale à 1,0 mm.
Le deuxième organe thermoélectrique peut s’étendre sur toute la longueur et, de préférence, sur toute largeur de la rainure.
De préférence, il présente une forme d’une bande, de préférence rectiligne, dont la largeur est comprise entre 1,0 pm et 3,0 pm, par exemple égale à 2,0 pm et une longueur comprise entre 0,5 mm et 2,0 mm, par exemple est égale à 1,0 mm. Par ailleurs, l’épaisseur du deuxième organe thermoélectrique peut être comprise entre 0,5 pm et 1,5 pm, par exemple égale à 1,0 pm. Par ailleurs, le deuxième organe thermoélectrique peut présenter une épaisseur supérieure à la profondeur de la rainure. Il peut faire saillie de la face de la couche sur laquelle débouche la rainure.
De préférence, observés selon une direction normale au support, le premier organe thermoélectrique et le deuxième organe thermoélectrique présentent chacun une forme d’une bande, curviligne ou de préférence rectiligne. En particulier, le rapport de la longueur du premier organe thermoélectrique, respectivement du deuxième organe thermoélectrique, sur la largeur du premier organe thermoélectrique, respectivement du deuxième organe thermoélectrique, peut être supérieur à 100, de préférence supérieur à 200, de préférence supérieur à 500.
Les premier et deuxième organes thermoélectriques sont de préférence disposés parallèlement l’un à l’autre, un bord long du premier organe thermoélectrique étant en regard d’un bord long du deuxième organe thermoélectrique. Ainsi, le couple thermoélectrique s’étend selon une direction longitudinale parallèle aux directions longitudinales des premier et deuxième organes thermoélectriques.
De préférence, les premier et deuxième organes thermoélectriques sont reliés électriquement entre eux en au moins une zone de connexion électrique et sont isolés électriquement l’un de l’autre en au moins une zone d’isolation électrique.
De préférence, le capteur thermoélectrique comporte un revêtement d’isolation électrique, disposé entre le premier organe thermoélectrique et le deuxième organe thermoélectrique.
Le revêtement d’isolation électrique peut être au contact du premier organe thermoélectrique et du deuxième organe thermoélectrique.
Le revêtement d’isolation électrique est en un matériau électriquement isolant qui peut être choisi dans le groupe formé par AI2O3, T1O2, HfCh, SiN, S1O2 et leurs mélanges. De préférence, le matériau électriquement isolant est l’alumine.
La longueur de la zone d’isolation électrique, mesurée selon la direction d’extension du deuxième organe thermoélectrique, peut être comprise entre 0,5 mm et 2,0 mm.
Le revêtement d’isolation électrique peut recouvrir au moins partiellement, voire totalement la ou les faces de la rainure. La zone d’isolation électrique et la zone de connexion électrique peuvent être disjointes. La zone d’isolation électrique peut être définie par la ou les faces communes aux premier et deuxième organes thermoélectriques et des zones de connexion électrique peuvent être définies par d’autres faces des premier et deuxième organes thermoélectriques. Par exemple, la zone d’isolation électrique est définie par la ou les faces de la rainure, et des zones de connexion électrique respective peuvent être définies respectivement par les faces supérieures des premier et deuxième organes thermoélectriques.
En variante, la zone d’isolation électrique et la zone de connexion électrique peuvent être connexes. Notamment, la zone d’isolation électrique peut comporter une portion des faces communes aux premier et deuxième organes thermoélectriques et au moins une zone de connexion électrique peut comporter une autre portion desdites faces communes.
De préférence, la zone de connexion électrique est disposée à moins de 50 pm, voire à moins de 10 pm d’un bord longitudinal du deuxième organe thermoélectrique.
Le rapport entre la longueur d’extension de la zone de connexion électrique sur la longueur d’extension de la zone d’isolation électrique peut être compris entre 0,0001 et 0,01, lesdites longueurs étant mesurées le long de la direction longitudinale du deuxième organe thermoélectrique.
La zone de connexion électrique peut s’étendre sur une longueur comprise entre 0,5 pm et 2,5 pm.
Par ailleurs, pour assurer la liaison électrique entre le premier organe thermoélectrique et la deuxième organe thermoélectrique, le capteur thermoélectrique peut être conformé de différentes manières.
Les premier et deuxième organes thermoélectriques peuvent être en contact dans la zone de connexion électrique. De préférence, l’aire de contact entre les premier et deuxième organes thermoélectriques est définie par une partie d’une face commune aux premier et deuxième organes thermoélectriques.
En variante, les premier et deuxième organes thermoélectriques peuvent être distants l’un de l’autre et être connectés électriquement par un connecteur électrique.
En particulier, le connecteur électrique peut être un pont électriquement conducteur formé d’une ou plusieurs couches électriquement conductrices, notamment métalliques, superposées au moins partiellement au premier organe thermoélectrique et au deuxième organe thermoélectrique. De préférence, le matériau formant le pont électriquement conducteur est choisi parmi le titane, l’or, l’aluminium, le nickel et leurs alliages, de préférence est l’aluminium.
Le capteur thermoélectrique peut en outre comporter un espaceur électriquement isolant, par exemple en oxyde de silicium, pris en sandwich entre le pont électriquement conducteur et les premier et deuxième organes thermoélectriques.
Le pont électriquement conducteur peut relier des faces, par exemple supérieures, des premier et deuxième organes thermoélectriques, qui sont opposées aux faces recouvertes, de préférence intégralement par le revêtement d’isolation électrique.
De préférence, afin d’augmenter le courant électrique ou la tension électrique générée lors de réchauffement du transistor de puissance, le capteur thermoélectrique comporte plusieurs couples thermoélectriques.
Les couples thermoélectriques peuvent être connectés électriquement entre eux en parallèle ou, de préférence, en série.
Le premier organe thermoélectrique d’un des couples thermoélectriques peut être relié électriquement, en une zone d’interconnexion électrique, avec le deuxième organe thermoélectrique d’un des autres couples thermoélectriques.
De préférence, la zone d’interconnexion électrique ente deux couples thermoélectriques est disposée à distance de chacune des zones de connexion électriques des deux couples thermoélectriques respectifs. En particulier, la distance entre la zone d’interconnexion électrique et la zone de connexion électrique d’au moins de l’un, de préférence des deux couples thermoélectriques est supérieure à 100 pm, de préférence supérieure à 200 pm, de préférence supérieure à 500 pm. De préférence, le premier organe thermoélectrique d’un des couples thermoélectriques est relié électriquement, au moyen d’un organe d’interconnexion, avec le deuxième organe thermoélectrique d’un des autres couples thermoélectriques. L’organe d’interconnexion est de préférence métallique et relie les premier et deuxième organes thermoélectriques. De préférence, il présente des parties au contact des faces supérieures des premier et deuxième organes thermoélectriques et au moins une partie distante des premier et deuxième organes. Une autre espaceur en matériau électriquement isolant peut être pris en sandwich entre l’autre partie de l’organe d’interconnexion et les premier et deuxième organes thermoélectriques. Dans la zone d’interconnexion électrique, le premier organe thermoélectrique de l’un des couples thermoélectriques peut être en contact avec le deuxième organe thermoélectrique de l’autre couple thermoélectrique. En variante, le premier organe thermoélectrique de l’un des couples thermoélectriques et le deuxième organe thermoélectrique de l’autre des couples thermoélectriques peuvent être reliés électriquement par un organe d’interconnexion, par exemple tel que décrit ci-dessus.
Par ailleurs, tout ou partie du premier organe thermoélectrique d’un des couples thermoélectriques peut être distant du deuxième organe thermoélectrique d’un des autres couples thermoélectriques. En particulier, ledit premier organe thermoélectrique peut être séparé du deuxième organe thermoélectrique de l’autre couple thermoélectrique par le revêtement d’isolation électrique de l’autre couple thermoélectrique.
De préférence, les couples thermoélectriques sont alignés les uns à côté des autres selon une direction d’alignement qui est oblique, de préférence perpendiculaire, à la direction longitudinale de chaque couple thermoélectrique.
Les couples thermoélectriques peuvent être identiques les unes aux autres. En variante, ils peuvent différer les uns des autres. Par exemple, ils peuvent présenter des dimensions différentes et/ou comporter des moyens de connexion électriques des premier et deuxième organes thermoélectriques différents.
En particulier, le capteur thermoélectrique comporte la répétition régulière, de préférence périodique, selon une direction d’alignement, d’un motif élémentaire formé d’au moins un couple thermoélectrique, en particulier de deux couples thermoélectriques interconnectés électriquement.
Dans un mode de réalisation, les couples thermoélectriques sont reliés électriquement en série. Le premier organe thermoélectrique d’un des couples thermoélectriques peut être distant du premier organe thermoélectrique de chacun des autres couples thermoélectriques et le deuxième organe thermoélectrique d’un des couples thermoélectrique peut être distant du deuxième organe thermoélectrique de chacun des autres couples thermoélectriques. On évite ainsi tout court-circuit au sein du groupe de couples thermoélectriques. De préférence, le premier organe thermoélectrique de l’un des couples thermoélectriques est connecté électriquement au premier organe thermoélectrique d’au moins un des couples thermoélectriques adjacents, par l’intermédiaire du deuxième organe thermoélectrique respectif du couple thermoélectrique adjacent. Par ailleurs, le transistor de puissance peut être un transistor à effet de champ, dénommé transistor « FET ». De préférence, il est de type HEMT, acronyme anglais de « High Electron Mobility Transistor ».
De préférence, la couche de base du transistor comporte pour plus de 99,9 % de sa masse le matériau de transistor.
Par ailleurs, le support peut être formé de silicium.
Il peut se présenter sous la forme d’une plaque ayant une épaisseur pouvant être supérieure à 0,5 mm, par exemple de 1 mm.
Le support peut être autoporteur, c’est-à-dire qu’il peut se déformer, et notamment fléchir, sans rompre sous l’effet de son propre poids.
Par ailleurs, l’invention concerne un dispositif choisi parmi un convertisseur d’énergie, un boîtier de commande d’un moteur, un amplificateur de puissance hyperfréquence, le dispositif comportant un composant électronique selon l’invention.
L’invention concerne encore un procédé de fabrication d’un composant électronique comportant un transistor de puissance et un capteur thermoélectrique ayant des premier et deuxième organes thermoélectriques, le procédé comportant les étapes successives suivantes de : a) dépôt d’un premier matériau sur un substrat pour former une couche de base du transistor de puissance et une couche de base du capteur thermoélectrique, le premier matériau étant choisi parmi le nitrure de gallium, le nitrure d'aluminium-gallium, l’arséniure de gallium, le gallium- indium, le nitrure de gallium- indium, le nitrure d’aluminium, le nitrure d’aluminium- indium et leurs mélanges, b) dopage de type n ou de type p d’au moins une portion de la couche de base du capteur thermoélectrique, ou dépôt d’un deuxième matériau au contact de la couche de base du capteur thermoélectrique pour former une couche additionnelle du capteur thermoélectrique, suivi du dopage de type n ou de type p d’au moins une portion, de préférence de l’intégralité, de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique, le deuxième matériau étant différent du premier matériau et étant choisi parmi le nitrure de gallium, le nitrure d'aluminium-gallium, l’arséniure de gallium, le gallium- indium, le nitrure de gallium- indium, le nitrure d’aluminium, le nitrure d’aluminium- indium et leurs mélanges, c) formation d’au moins une rainure traversant de part en part la portion dopée de la couche de base du capteur thermoélectrique ou traversant de part en part la portion dopée de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique, la portion dopée de la couche de base du capteur thermoélectrique ou de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique contigüe à la rainure et qui s’étend le long de la rainure définissant le premier organe thermoélectrique, d) formation d’au moins un revêtement d’isolation électrique recouvrant en tout ou partie la ou les faces de la rainure, e) formation d’au moins une couche d’insertion au moins en partie au contact avec le revêtement d’isolation électrique, et optionnellement dopage de type p ou de type n respectivement, de la couche d’insertion, pour former le deuxième organe thermoélectrique.
Le procédé selon l’invention permet de fabriquer sur un même support, et en déposant au moins un même premier matériau, à la fois le transistor de puissance et le capteur thermoélectrique. Il est donc de mise en œuvre aisée.
De préférence, le procédé de fabrication est mis en œuvre pour fabriquer le composant électronique selon l’invention.
A l’étape a), le substrat peut comporter, voire peut être constitué par, un support. Le support peut être autoporteur. Par exemple, le support est une plaque de silicium, présentant une épaisseur d’environ 1 mm.
Le substrat peut comporter en outre une couche primaire ou un empilement de couches primaires du capteur thermoélectrique et/ou une couche primaire ou un empilement de couches primaires du transistor de puissance, qui sont disposées sur le substrat.
Le premier matériau peut être déposé au moyen d’une technique choisie parmi le dépôt physique en phase vapeur et le dépôt chimique en phase vapeur.
De préférence, le premier matériau comporte, de préférence pour plus de 99,9% de sa masse, du nitrure de gallium. Il peut consister en du nitrure de gallium.
La couche de base du capteur thermoélectrique et la couche de base du transistor de puissance peuvent être contigües et former un ensemble monolithique. En variante, le procédé peut comporter le dépôt du premier matériau pour former une couche primaire, puis l’ablation d’une partie de la couche primaire pour séparer la couche primaire en deux parties distinctes, définissant respectivement la couche de base du capteur thermoélectrique et la couche de base du transistor.
L’ablation de la pré-couche peut être effectuée par lithographie et gravure. Par « lithographie et gravure » d’une couche, on entend une technique comportant en succession :
- une étape de dépôt d’un masque par lithographie, notamment par photolithographie, sur la face de la couche, le masque présentant au moins une portion pleine et au moins une portion évidée, et
- une étape de gravure, physique ou chimique, de la partie de la couche recouverte par la portion évidée du masque.
L’épaisseur de la couche de base du capteur thermoélectrique et/ou l’épaisseur de la couche de base du transistor sont de préférence égales, par exemple comprise entre 2 pm et 4 pm.
De préférence, en fin d’étape a), la couche de base du capteur thermoélectrique et la couche de base du transistor présentent des faces inférieures respectives, disposées à une même hauteur du support. Elles peuvent présenter des épaisseurs identiques.
Dans un premier mode de mise en œuvre, l’étape b) comporte le dopage de type n ou de type p d’au moins une portion de la couche de base du capteur thermoélectrique et l’étape c) comporte la formation d’au moins une rainure traversant de part en part la portion dopée de la couche de base du capteur thermoélectrique, la portion dopée de la couche de base du capteur thermoélectrique qui s’étend le long de la rainure définissant le premier organe thermoélectrique.
Le dopage peut être mis en œuvre par implantation ionique de l’élément dopant ou par dopage intrinsèque ou par dopage in-situ, et de préférence de telle sorte qu’en fin d’étape b), seule la portion s’étendant directement sous la face supérieure de la couche de base du capteur thermoélectrique est dopée.
L’élément dopant est choisi pour qu’en fin d’étape b) la couche de base du capteur thermoélectrique soit dopée de type n ou soit dopée de type p.
L’élément dopant peut être choisi parmi le magnésium, le carbone, le zinc, l’oxygène, le béryllium, le silicium et leurs mélanges.
De préférence, le procédé comporte les étapes successives suivantes de : a) dépôt du premier matériau sur le substrat pour former la couche de base du transistor de puissance et la couche de base du capteur thermoélectrique, le premier matériau comportant pour plus de 99,9 % de sa masse, du nitrure de gallium, et b) dopage de la portion directement sous la face supérieure de la couche de base du capteur thermoélectrique .
Par ailleurs, le procédé peut comporter le dopage de la couche de base du transistor conjointement au dopage de la couche de base du capteur thermoélectrique.
Dans un deuxième mode de mise en œuvre, l’étape b) comporte le dépôt d’un deuxième matériau au contact de la couche de base du capteur thermoélectrique pour former une couche additionnelle du capteur thermoélectrique, suivi du dopage de type n ou de type p d’au moins une portion de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique, le deuxième matériau étant différent du premier matériau et étant choisi parmi le nitrure de gallium, le nitrure d'aluminium-gallium, l’arséniure de gallium, le gallium- indium, le nitrure de gallium- indium, le nitrure d’aluminium, le nitrure d’aluminium- indium et leurs mélanges, et l’étape c) comporte la formation d’au moins une rainure traversant de part en part la portion dopée de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique, la portion dopée de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique contigüe à la rainure et qui s’étend le long de la rainure définissant le premier organe thermoélectrique.
Le deuxième matériau peut être déposé par une technique de dépôt telle que décrite ci-dessus pour l’étape a).
De préférence, le deuxième matériau comporte, de préférence pour plus de 99,9 % de sa masse, du nitrure d’aluminium gallium. De préférence, le deuxième matériau consiste en du nitrure d’aluminium gallium.
De préférence, la couche additionnelle du capteur thermoélectrique présente une épaisseur comprise entre 10 nm et 40 nm.
Par ailleurs, le dopage de la couche de base du capteur thermoélectrique ou de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique peut être effectué par implantation ionique d’un élément dopant, ou par dopage intrinsèque ou par dopage in-situ. De préférence, en fin d’étape b), l’intégralité de la couche additionnelle est dopée.
L’élément dopant est choisi pour qu’en fin d’étape b) la couche de base du capteur thermoélectrique ou la couche additionnelle du capteur thermoélectrique soit dopée n ou soit dopée p.
L’élément dopant peut être choisi parmi le magnésium, le carbone, le zinc, l’oxygène, le béryllium, le silicium et leurs mélanges. De préférence, le procédé comporte les étapes successives suivantes de : a) dépôt du premier matériau sur le substrat pour former la couche de base du transistor de puissance et la couche de base du capteur thermoélectrique, le premier matériau comportant pour plus de 99,9 % de sa masse, du nitrure de gallium, et b) dépôt du deuxième matériau sur la couche de base du capteur thermoélectrique pour former la couche additionnelle du capteur thermoélectrique, et dopage de l’intégralité de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique, le deuxième matériau comportant pour plus de 99,9 % de sa masse, du nitrure d'aluminium-gallium.
Par ailleurs, le procédé peut comporter, à l’étape b), conjointement à la formation de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique, le dépôt du deuxième matériau sur la couche de base du transistor pour former une couche additionnelle du transistor. Par ailleurs, le procédé peut comporter le dopage de la couche additionnelle du transistor, par exemple au moyen du même élément dopant que pour doper la couche additionnelle du capteur thermoélectrique La couche additionnelle du capteur thermoélectrique et la couche additionnelle du transistor peuvent présenter des faces inférieures disposées à une même hauteur par rapport au support.
A l’étape c), la rainure peut être formée par lithographie et gravure de la couche de base du capteur thermoélectrique ou, le cas échéant, de la couche additionnelle, la rainure étant définie par la zone gravée dans ladite couche.
De préférence, la rainure s’étend longitudinalement et débouche sur deux bords opposés l’un à l’autre de la couche de base et/ou de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique .
La couche de base du capteur thermoélectrique peut comporter une portion dopée et une portion vierge telle que décrites ci-dessus, et la rainure traverse la portion dopée de part en part. De préférence, la profondeur de la rainure est supérieure ou égale à l’épaisseur de la portion dopée de la couche de base du capteur thermoélectrique. De préférence, le fond de la rainure est de préférence formé dans la portion vierge de la couche de base du capteur thermoélectrique.
En variante, la portion de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique peut être au contact de la couche de base non dopée, la rainure traversant ladite portion dopée. De préférence, la profondeur de la rainure est supérieure ou égale à l’épaisseur de la portion dopée de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique. De préférence, le fond de la rainure est formé dans ladite couche de base non dopée.
Ainsi, comme cela apparaîtra clairement par la suite, la rainure peut séparer la couche additionnelle du capteur thermoélectrique, ou la portion dopée de la couche de base du capteur thermoélectrique, en deux parties distinctes. Ces deux parties distinctes définissent ainsi chacune deux premiers organes thermoélectriques isolés électriquement l’un de l’autre.
Par ailleurs, la rainure peut présenter une section en forme de « U », ou semi- circulaire. Elle peut s’étendre selon une direction curviligne ou, de préférence, rectiligne.
La profondeur de la rainure, mesurée entre la face sur laquelle débouche la rainure et le fond de la rainure, peut être compris entre 100 nm et 150 nm Par exemple, elle est égale à 125 pm. La largeur de la rainure peut être comprise entre 1500 et 3000 nm et/ou la longueur de la rainure peut être comprise entre 0,5 mm et 2,0 mm, par exemple est égale à 1,0 mm.
De préférence, la rainure s’étend longitudinalement et débouche sur deux bords opposés l’un à l’autre de la couche de base et/ou de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique .
De préférence plusieurs rainures sont formées à l’étape c), deux rainures adjacentes étant séparées par un premier organe thermoélectrique adjacent. En particulier, les rainures peuvent être formées de manière à définir un réseau de rainures.
De préférence, observés selon une direction normale au support, les rainures présentent une forme d’une bande rectiligne.
De préférence, les rainures s’étendent selon des directions parallèles. Elles sont de préférences formées à distance les unes des autres selon une direction oblique, de préférence perpendiculaires à leur direction d’extension. Ainsi, deux rainures consécutives sont séparées par un premier organe thermoélectrique. De préférence, deux rainures adjacentes peuvent être séparées par une distance comprise entre 3,0 pm et 5,0 pm, par exemple égale à 4,0 pm.
A l’étape d), le revêtement d’isolation électrique peut être formé en déposant un matériau électriquement isolant dans la rainure. En particulier, le revêtement d’isolation électrique peut être formé en mettant en œuvre les étapes successives suivantes de : i) dépôt d’un matériau électriquement isolant sur la couche de base du capteur thermoélectrique, ou le cas échéant sur la couche additionnelle du capteur thermoélectrique, pour former une couche temporaire, ii) formation d’un masque par lithographie et gravure de la couche temporaire, la portion pleine du masque étant au moins partiellement superposé à la rainure, et iii) décapage du masque de lithographie.
A l’étape i), de préférence, le matériau électriquement isolant est déposé sur une portion non dopée de la couche de base du capteur thermoélectrique, ou le cas échéant sur une partie de la portion non dopée de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique.
A l’étape ii), toute méthode de gravure, par exemple chimique, connue de l’homme du métier peut être employée.
Le matériau électriquement isolant peut être choisi parmi AI2O3, T1O2, HfCL, SiN, S1O2 et leurs mélanges. Il est de préférence en alumine, dont la formule chimique est AI2O3.
Le matériau électriquement isolant peut être déposé par une technique choisie parmi le dépôt de couches atomiques et le dépôt chimique en phase vapeur. Le dépôt de couches atomiques aussi connu sous l’abréviation « ALD », acronyme anglais de « Atomic Layer Déposition ». Le dépôt chimique en phase vapeur est connu sous l’abréviation « CVD », acronyme anglais de « Chemical Vapor Déposition ».
Les portions pleines du masque de lithographie peuvent recouvrir moins de 10 % du premier organe thermoélectrique adjacent à la rainure.
Selon une variante de mise en œuvre, les portions pleines du masque peuvent recouvrir partiellement la rainure. Ainsi, en fin d’étape d), au moins une face de la rainure est partiellement non recouverte par le revêtement d’isolation électrique. Elle peut ainsi définir une zone de contact électrique entre le premier organe thermoélectrique et le deuxième organe thermoélectrique formé à l’étape e).
Selon une autre variante de mise en œuvre, les portions pleines du masque peuvent recouvrir intégralement la ou les faces de la rainure.
De préférence, le revêtement d’isolation électrique présente une épaisseur comprise entre 10 nm et 100 nm
De préférence, selon la variante où plusieurs rainures sont formées, le procédé comporte la formation de plusieurs revêtements d’isolation électrique recouvrant chacun au moins partiellement la ou les faces d’une des rainures correspondantes. En particulier, à l’étape ii), le masque peut comporter plusieurs portions pleines, chacune étant au moins partiellement superposée à l’une des rainures correspondantes.
A l’étape e), une couche d’insertion est formée qui est au moins en partie au contact avec le revêtement d’isolation électrique.
La couche d’insertion peut être formée en déposant un troisième matériau dans la rainure.
En particulier, le troisième matériau peut être déposé sur le revêtement d’isolation électrique et, le cas échéant sur la ou les faces de la rainure définies par la portion dopée de la couche de base du capteur thermoélectrique ou sur la portion dopée de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique.
En particulier, la couche d’insertion peut être formée en mettant en œuvre les étapes successives suivantes de : i’) dépôt d’un troisième matériau sur la couche de base du capteur thermoélectrique, ou le cas échéant sur la couche additionnelle du capteur thermoélectrique, ainsi que sur le revêtement d’isolation électrique, pour former une autre couche temporaire, ii’) formation d’un autre masque par lithographie et gravure de l’autre couche temporaire, la portion pleine de l’autre masque étant superposé au moins partiellement, voire totalement au revêtement d’isolation temporaire, et iii’) décapage de l’autre masque de lithographie.
Le troisième matériau peut être un métal thermoélectrique, par exemple l’aluminium.
De préférence, la portion pleine de l’autre masque superposé à la rainure présente, en vue de dessus, une forme d’une bande, de préférence rectiligne.
En variante, le troisième matériau peut être en un matériau semi-conducteur choisi parmi le nitrure de gallium, le nitrure d'aluminium-gallium, l’arséniure de gallium, le gallium- indium, le nitrure de gallium- indium, le nitrure d’aluminium, le nitrure d’aluminium- indium et leurs mélanges. De préférence, le troisième matériau est le nitrure de gallium ou le nitrure d'aluminium-gallium. Le procédé comporte alors le dopage de la couche d’insertion au moyen d’un élément dopant choisi pour que la couche d’insertion soit dopée n ou dopée p si la couche de base du capteur thermoélectrique et/ou la couche additionnelle du capteur thermoélectrique sont dopées p ou n respectivement.
Ainsi, la couche d’insertion définit un deuxième organe thermoélectrique. Le deuxième organe thermoélectrique peut s’étendre sur toute la longueur et, de préférence, sur toute largeur de la rainure.
De préférence, il présente une forme d’une bande, de préférence rectiligne, dont la largeur est comprise entre 1,0 et 3,0 pm, par exemple égale à 2,0 pm et une longueur comprise entre 0,5 mm et 2,0 mm, par exemple est égale à 1,0 mm Par ailleurs, l’épaisseur du deuxième organe thermoélectrique peut être comprise entre 0,5 pm et 1,5 pm, par exemple égale à 1,0 pm.
Par ailleurs, le deuxième organe thermoélectrique peut présenter une épaisseur supérieure à la profondeur de la rainure. Il peut faire saillie de la face de la couche sur laquelle débouche la rainure.
Le procédé peut comporter la formation et, optionnellement le dopage, de plusieurs couches d’insertion, chacune contenue dans une des rainures correspondantes.
Ainsi, les couches d’insertion définissent avec des zones adjacentes de la portion dopée de la couche de base du capteur thermoélectrique ou de la portion dopée de la couche additionnelle du capteur électriques plusieurs couples thermoélectriques.
En particulier, à l’étape ii’), l’autre masque peut comporter plusieurs portions pleines, chacune étant au moins partiellement, voire totalement, superposée à l’une des rainures correspondantes.
De préférence, les couches d’insertion sont formées à distance les unes des autres. En particulier, les couches d’insertion peuvent former un réseau, de préférence sensiblement homothétique du réseau de rainures. Notamment, deux couches d’insertion consécutives peuvent être séparées par des portions de la couche de base du capteur thermoélectrique ou, le cas échéant par des portions de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique .
Ainsi, en fin d’étape f), le capteur thermoélectrique peut comporter une pluralité de premiers et deuxièmes organes thermoélectriques, qui de préférence, sont disposés en alternance les uns à côtés des autres.
Par ailleurs, selon la variante où le revêtement d’isolation électrique formé en fin d’étape e) recouvre seulement partiellement la ou les faces de la rainure, le procédé peut comprendre le dépôt du troisième matériau dans la portion de la rainure non recouverte par le revêtement d’isolation électrique, au contact de la portion dopée de la couche de base du capteur thermoélectrique, ou le cas échéant au contact de la portion dopée de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique. Ainsi, en fin d’étape f), les premier et deuxième organes thermoélectriques sont en contact l’un de l’autre sur une portion de leur longueur, et sont ainsi reliés électriquement. Ils sont en outre isolés électriquement l’un de l’autre par le revêtement d’isolation électrique dans la portion où le deuxième organe thermoélectrique recouvre le revêtement d’isolation électrique. Un couple thermoélectrique du capteur thermoélectrique est ainsi formé.
Par ailleurs, dans la variante où le revêtement d’isolation électrique formé en fin d’étape d) recouvre intégralement la ou les faces de la rainure, le procédé comporte de préférence une étape de formation d’un connecteur électrique reliant électriquement les premier et deuxième organes thermoélectriques. Un couple thermoélectrique du capteur thermoélectrique est ainsi formé.
Plus spécifiquement, le procédé peut comporter la formation d’un espaceur, en un matériau électriquement isolant, par exemple de la silice, superposée aux premier et deuxième organes thermoélectriques suivie par la formation d’un pont électriquement conducteur reliant électriquement les premier et deuxième organes thermoélectriques et se superposant à la l’espaceur.
Dans la variante où plusieurs premiers et deuxièmes organes thermoélectriques sont définis, le procédé peut comporter la formation de plusieurs ponts électriquement conducteurs reliant les premier et deuxièmes organes thermoélectriques correspondants. Une pluralité de couples thermoélectriques sont ainsi formés.
En particulier, le pont électriquement conducteur peut être formé sur les faces supérieures respectives des premier et deuxième organes thermoélectriques.
Par ailleurs, le procédé comporte de préférence la formation d’au moins un organe d’interconnexion pour relier électriquement deux couples thermoélectriques.
Plus spécifiquement, le procédé peut comporter la formation d’un autre espaceur, formé d’un matériau électriquement isolant, par exemple de la silice, superposé au premier organe thermoélectrique de l’un des couples thermoélectrique et au deuxième organe thermoélectrique de l’autre couple thermoélectrique, suivie par la formation de l’organe d’interconnexion qui se superpose à l’autre espaceur, et qui relie électriquement le premier organe thermoélectrique de l’un des couples thermoélectrique au deuxième organe thermoélectrique de l’autre couple thermoélectrique. Une interconnexion électrique entre les couples thermoélectriques est ainsi formée. En variante, à l’étape d), une portion de la rainure destinée à former le deuxième organe thermoélectrique d’un couple thermoélectrique peut être exempte de revêtement et à l’étape e), on dépose la couche d’insertion au contact de l’organe thermoélectrique du couple thermoélectrique adjacent.
Par ailleurs, le procédé peut comporter, conjointement à la formation de la couche électriquement isolante du capteur thermoélectrique, la formation d’une couche électriquement isolante du transistor faite du même matériau que la couche électriquement isolante du capteur thermoélectrique.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et des exemples et au moyen du dessin annexé dans lequel :
[Fig 1] la figure 1 illustre, selon une vue en coupe transversale, une étape du procédé selon un premier exemple de mise en œuvre,
[Fig 2] la figure 2 illustre, selon une vue en coupe transversale, une autre étape du procédé selon le premier exemple de mise en œuvre,
[Fig 3] la figure 3 illustre, selon une vue en coupe transversale, une autre étape du procédé selon le premier exemple de mise en œuvre,
[Fig 4a] la figure 4a illustre, selon une vue en coupe transversale, une autre étape du procédé selon le premier exemple de mise en œuvre,
[Fig 4b] la figure 4b illustre, selon une vue de dessus, l’étape du procédé illustrée sur la figure 4 a,
[Fig 5a] la figure 5a illustre, selon une vue en coupe transversale, une autre étape du procédé selon le premier exemple de mise en œuvre,
[Fig 5b] la figure 5b illustre, selon une vue de dessus, l’étape du procédé illustrée sur la figure 5 a,
[Fig 6] la figure 6 illustre, selon une vue en coupe transversale, une autre étape du procédé selon le premier exemple de mise en œuvre,
[Fig 7a] la figure 7a illustre, selon une vue en coupe transversale, une autre étape du procédé selon le premier exemple de mise en œuvre,
[Fig 7b] la figure 7b illustre, selon une vue de dessus, l’étape du procédé illustrée sur la figure 7 a,
[Fig 8] la figure 8 illustre, selon une vue en coupe transversale, une autre étape du procédé selon le premier exemple de mise en œuvre, [Fig 9a] la figure 9a illustre, selon une vue en coupe transversale, une autre étape du procédé selon le premier exemple de mise en œuvre,
[Fig 9b] la figure 9b illustre, selon une vue de dessus, l’étape du procédé illustrée sur la figure 9 a,
[Fig 10] la figure 10 illustre, selon une vue en coupe transversale, une autre étape du procédé selon le premier exemple de mise en œuvre,
[Fig lia] la figure lia illustre, selon une vue en coupe transversale, une autre étape du procédé selon le premier exemple de mise en œuvre,
[Fig 11b] la figure 11b illustre, selon une vue de dessus, l’étape du procédé illustrée sur la figure lia,
[Fig 12a] la figure 12a illustre, selon une vue en coupe transversale selon le plan de coupe (II), une autre étape du procédé selon le premier exemple de mise en œuvre,
[Fig 12b] la figure 12b illustre, selon une vue de dessus, l’étape du procédé illustrée sur la figure 12a,
[Fig 13a] la figure 13a illustre, selon une vue en coupe transversale, une autre étape du procédé selon le premier exemple de mise en œuvre,
[Fig 13b] la figure 13b illustre, selon une vue de dessus, l’étape du procédé illustrée sur la figure 13a,
[Fig 14] la figure 14 illustre, selon une vue en coupe transversale, un composant électronique selon l’invention fabriqué selon le premier exemple de mise en œuvre,
[Fig 15] la figure 15 illustre, selon une vue de dessus, une étape du procédé selon un deuxième exemple de mise en œuvre,
[Fig 16] la figure 16 illustre, selon une vue en coupe transversale selon le plan de coupe (AA), l’étape du procédé illustrée sur la figure 15,
[Fig 17] la figure 17 illustre, selon une vue en coupe transversale selon le plan de coupe (CC), l’étape du procédé illustrée sur la figure 15,
[Fig 18] la figure 18 illustre, selon une vue en coupe transversale, une étape du procédé selon un troisième exemple de mise en œuvre,
[Fig 19] la figure 19 illustre, selon une vue en coupe transversale, un composant électronique selon l’invention fabriqué selon le troisième exemple de mise en œuvre, et
[Fig 20] la figure 20 est une vue de dessus schématique d’un autre exemple de composant électronique selon l’invention. Par souci de clarté du dessin, les proportions des différents éléments constitutif des composants électroniques illustrés ne sont pas représentés à l’échelle.
Exemple 1
On a représenté sur les figures 1 à 14 un premier exemple de mise en œuvre du procédé selon l’invention, pour fabriquer un exemple de composant électronique selon l’invention.
A l’étape a), comme illustré sur la figure 1, on dispose d’un substrat 5 qui comporte un support 10 en silicium et une couche primaire 15 en nitrure d’aluminium, qui recouvre le substrat. Par exemple, l’épaisseur du support es est égale à 1,0 mm et l’épaisseur de la couche primaire ep de nitrure d’aluminium est égale à 50 nm.
A l’étape b), du nitrure de gallium est déposé, par exemple par dépôt physique en phase vapeur ou par dépôt chimique en phase vapeur, au contact de la couche primaire de nitrure d’aluminium. Une couche initiale est ainsi formée. La couche initiale peut ensuite être séparée en deux parties distinctes, par exemple par lithographie et gravure, pour former une couche de base 20 du transistor de puissance et une couche de base 25 du capteur thermoélectrique, comme illustré sur la figure 2. La couche de base du transistor de puissance et la couche de base du capteur thermoélectrique sont séparées d’une distance de séparation d, choisie de sorte que le capteur thermoélectrique génère une tension électrique sous l’effet de réchauffement du transistor. La distance de séparation d est par exemple comprise entre 1 pm et 1000 pm Par ailleurs, les faces inférieures respectives 30, 35 des couches de base 20 et 25 peuvent être disposées à une même hauteur H de la face supérieure 40 du support.
Selon une variante , comme cela est illustré sur la figure 3, la couche de base 25 du capteur multicouche est dopée à l’étape b), par exemple par implantation ionique. Un élément dopant, par exemple du silicium est introduit par la face supérieure de la couche de base 25, et diffuse dans une portion dopée 45 directement sous la face supérieure 50 de la couche de base 25. Ainsi, la couche est dopée n. Par exemple, la portion dopée 45 s’étend sur une épaisseur pss sous la face supérieure égale à 25 nm. Sur la figure 3, la ligne en pointillés représente la frontière entre la portion vierge 55 de la couche de base 25 dans laquelle la couche de base est sensiblement exempte de l’élément dopant et la portion dopée 45, dans laquelle plus de 99 % de l’élément dopant est concentré. A l’étape c), des rainures sont formées sur la face supérieure de la couche de base du capteur thermoélectrique. Comme cela est illustré sur les figures 4a et 4b, un masque 65 est formé par photolithographie sur la face supérieure 70 de la couche de base 25 du capteur thermoélectrique. Il comporte au moins une portion pleine 75, constituée par exemple d’une résine thermosensible, et des évidements 80a-b se superposant à des portions 85a-b de la face supérieure de la couche de base où les rainures sont destinées à être formées.
La couche de base du capteur thermoélectrique est ensuite gravée dans les portions 85a-b non recouvertes par les portions pleines du masque. Puis le masque est retiré par décapage. Comme illustré sur les figures 5a et 5b, des rainures 90a-b sont ainsi formées, dont les profondeurs respectives pr sont supérieures à l’épaisseur pss de la portion dopée 45. Les rainures présentent chacune une forme d’une bande, vue selon une direction normale n au support, qui s’étend sur toute la longueur de la couche de base du capteur thermoélectrique entre deux de ses bords 95, 100 opposés l’un à l’autre.
Ainsi, des premiers organes thermoélectriques 105a-c de couples thermoélectriques en formation sont créés, qui comportent respectivement des parties 45a, 45b et 45c de la portion dopée 45.
Ils présentent chacun, vus selon une direction normale au support, une forme d’une bande, et s’étendent parallèlement aux rainures adjacentes.
Les premiers organes thermoélectriques 105a-c sont ainsi distants et isolés électriquement les uns des autres, les rainures présentant des profondeurs pr supérieures à l’épaisseur pss de la portion dopée 45, et s’étendant de part en part entre les bords 95 et 100.
Dans l’exemple illustré, chaque rainure présente une longueur Lr de 1,0 mm, une largeur lr de 2,06 pm et une profondeur pr de 125 nm environ et chacun des premiers organes thermoélectriques présente une longueur Li* de 1,0 mm, identique à la longueur d’une rainure, une largeur li* de 4,0 pm et une épaisseur, correspondant à l’épaisseur de la portion dopée 45, égale à 25 nm.
A l’étape d), on forme un revêtement d’isolation électrique. Un matériau électriquement isolant peut être déposé, comme illustré sur la figure 6, sur la face supérieure 70 de la couche de base 25 du capteur thermoélectrique, et sur les faces de fond 115a-b respectives des rainures. Une couche temporaire 110 est ainsi formée. Le matériau électriquement isolant est par exemple de l’alumine et peut être déposé par CVD, ALD ou PECVD. Un masque 120 est ensuite généré par photolithographie, les portions pleines 125 du masque étant superposées intégralement à la rainure, comme illustré sur les figures 7a et 7b. La couche temporaire est ensuite gravée dans sa ou ses parties non recouvertes par les portions pleines du masque, comme illustré sur la figure 8. Après décapage des portions pleines du masque, des revêtements d’isolation électrique 130a-b sont formés, chacun recouvrant entièrement les faces latérales 135a-b,140a-b et la face de fond 145a-b de chacune des rainures. Ainsi, chaque revêtement d’isolation électrique s’étend selon toute la largeur et sur toute la longueur de la rainure qu’il recouvre.
A l’étape e), dans l’exemple illustré, on dépose un troisième matériau, par exemple un métal thermoélectrique, en particulier de l’aluminium, sur la face supérieure de la couche de base du capteur thermoélectrique et sur le revêtement d’isolation électrique, de manière à former une autre couche temporaire 150. Un autre masque 155 est ensuite formé par photolithographie, dont les portions pleines 160a-b recouvrent intégralement la rainure, comme illustré sur la figure 10.
Après gravure de l’autre couche temporaire et décapage de l’autre masque, des couches d’insertion 170a-b sont formées qui remplissent chacune entièrement une rainure correspondante. Chaque couche d’insertion fait saillie de la face supérieure de la couche de base du capteur thermoélectrique. Par ailleurs, les couches d’insertion étant formées en un matériau thermoélectrique, elles définissent chacune des deuxièmes organes 175a-b thermoélectriques destinés à former, avec des premiers organes thermoélectriques correspondants, des couples thermoélectriques.
Chaque deuxième organe thermoélectrique est ainsi contigu à un premier organe thermoélectrique. Le revêtement d’isolation électrique forme une barrière entre un premier organe thermoélectrique et un deuxième organe thermoélectrique adjacent, qui sont ainsi isolés électriquement l’un de l’autre, comme illustré sur les figures 1 la et 1 lb.
Par ailleurs, observés selon la direction n normale au support, les premier et deuxième organes thermoélectriques s’étendent chacun selon des directions d’extension DE parallèles les unes aux autres, et sont alignés côte à côte en alternance selon une direction d’alignement DA perpendiculaire à la direction d’extension DE. Deux premier et deuxième organes thermoélectriques adjacents forment ainsi un motif qui est répété régulièrement selon la direction d’alignement DA. Dans une variante non illustrée, le troisième matériau peut être un semi- conducteur et le procédé peut comporter le dopage de la couche d’insertion pour lui conférer des propriétés thermoélectriques. Dans l’exemple illustré, la couche de base 25 est en nitrure de gallium dopé n, le troisième matériau peut être du nitrure de gallium ou du nitrure d’aluminium-gallium et la couche d’insertion peut être dopée p en implantant du béryllium, du magnésium, du zinc ou du carbone.
Comme décrit ci-dessus, dans l’exemple illustré, en fin d’étape e), les premiers organes thermoélectriques sont isolés électriquement des deuxièmes organes thermoélectriques par l’intermédiaire du revêtement d’isolation électrique. Afin de former des couples thermoélectriques aptes à générer un effet Seebeck, le procédé mis en œuvre à l’exemple 1 comporte le dépôt d’une première couche en silice 180 qui recouvre à la fois les parties 185a-b, 190a-b d’extrémité longitudinale des premiers organes thermoélectriques et des deuxièmes organes thermoélectriques respectivement. Comme illustré sur les figures 12a et 12b, la première couche de silice s’étend de part en part sur la couche de base du capteur thermoélectrique et sur les couches d’insertion, selon la direction d’alignement DA. Vue selon la direction normale au support, la couche de silice présente ainsi une forme d’une bande rectiligne dont la largeur lb est par exemple égale à 5,5 pm. En outre, la première couche de silice comporte des première 195a-b et deuxième 200a-b fenêtres la traversant dans son épaisseur et qui débouchent sur la face supérieure 205a-b du premier organe thermoélectrique et sur la face supérieure 210a-b du deuxième organe thermoélectrique respectivement. En outre, le procédé comporte la formation de premier 215a-b et deuxième 220a-b plots électriquement conducteurs, par exemple métalliques, et en particulier en aluminium, qui sont logés dans les fenêtres. Les fenêtres ainsi que les plots électriquement conducteurs peuvent être formés successivement, par une technique de lithographie et gravure telle que décrite dans la présente description par ailleurs.
Enfin, le procédé mis en œuvre à l’exemple 1 comporte, comme illustré sur les figures 13a et 13b la formation d’une deuxième couche de silice 240 qui est superposée intégralement à la première couche de silice 180 et vice versa. La deuxième couche comporte une autre fenêtre 245a-b qui la traverse de part en part dans son épaisseur et qui débouche sur les premier 220a-b et deuxième 225a-b plots électriquement conducteurs. L’autre fenêtre est par ailleurs superposée à la première couche de silice et à un premier organe thermoélectrique et à un deuxième organe thermoélectrique adjacents. Une bande 250a-b électriquement conductrice, par exemple en aluminium, est logée dans la fenêtre et est au contact des premier et deuxième plots électriquement conducteurs. Ainsi, les plots et la bande électriquement conducteurs définissent un pont 260a-b électriquement conducteur qui relie des premier 105a-b et deuxième 170a-b organes thermoélectriques adjacents. Par ailleurs, la portion de la première couche de silice prise en sandwich entre le pont électriquement conducteur et les organes thermoélectriques, est un espaceur électriquement isolant 270a-b.
Les premier et deuxième organes thermoélectriques sont ainsi connectés électriquement dans une zone de connexion électrique 280 s’étendant sur la portion d’extrémité longitudinale sur une longueur inférieure à la largeur lb de la bande de silice, et sont isolés électriquement l’un de l’autre sur une zone d’isolation électrique 290 qui s’étend sur la longueur de la rainure. Des couples thermoélectriques 300a-b sont ainsi crées, qui comporte chacun des premier 105a-b et deuxième 170a-b organes thermoélectriques reliés par le pont électriquement conducteur 260a-b respectivement, qui sous l’effet de réchauffement du transistor est apte à générer un courant électrique par effet Seebeck.
Pour augmenter la tension générée par le capteur, les couples thermoélectriques peuvent être interconnectés en série les uns aux autres. Conjointement à la formation de la première couche de silice 180, le procédé comporte la formation d’une autre couche de silice 310 qui recouvre les parties 320a-b, 330a-b d’extrémité longitudinale des premiers organes thermoélectriques et des deuxièmes organes thermoélectriques respectivement, à l’opposé de la première couche de silice 180. Des organes d’interconnexion 340a-b reliant le deuxième organe thermoélectrique, par exemple 170a d’un couple thermoélectrique, par exemple 300a, au premier organe thermoélectrique, par exemple 105b, d’un couple thermoélectrique adjacent, par exemple 105b, sont formés, selon un procédé identique à celui décrit ci-dessus pour générer les ponts électriquement conducteurs.
Un capteur thermoélectrique 350, formé de couples thermoélectriques reliés électriquement en série est ainsi obtenu au moyen du procédé mis en œuvre à l’exemple 1.
Il peut être relié à un voltmètre ou à un ampèremètre, par l’intermédiaire de pâtes de connexion 352a-b déposées sur le support et auxquelles il est relié, pour mesurer la tension électrique ou le courant électrique généré respectivement par le transistor de puissance 355 disposé sur le support à proximité, comme illustré sur la figure 14. Par ailleurs, le procédé peut comporter la formation d’une ou plusieurs couches empilées sur la couche de base du transistor, pour former le transistor de puissance 355.
Par exemple, le procédé comporte la formation d’une couche additionnelle 356 du transistor, par exemple formée de nitrure d’aluminium-gallium, au contact de la couche de base 20 du transistor en nitrure de gallium. La couche additionnelle du transistor est par exemple dopée n dans l’exemple illustré. Elle peut être formée par une étape consécutive au dépôt des couches de base du transistor et du capteur thermoélectrique. Le procédé comporte en outre la formation d’une couche de drain 357 et d’une couche source 358 qui sont métalliques et qui par exemple sont en partie formées au cours de l’opération de dépôt du troisième matériau de la couche d’insertion du capteur thermoélectrique. Une couche d’isolation 359 du transistor ainsi qu’une couche de grille 360 peuvent finalement être formées sur la couche additionnelle. Un composant électronique 365 comportant un transistor de puissance 355 de type HEMT est ainsi obtenu qui est disposé sur le support auprès du capteur thermoélectrique 350.
Le composant électronique 365 illustré sur la figure 20 diffère de celui illustré sur la figure 14 par la disposition du transistor 355 relativement au capteur thermoélectrique 350. Une face 450 du transistor est disposée en regard d’une face 455 du capteur thermoélectrique, qui est sensiblement perpendiculaire aux directions d’extension des premier 105a-b et deuxième 170a-b organes thermoélectrique. Une telle disposition relative du transistor par rapport au capteur thermoélectrique optimise la génération d’un courant électrique par le capteur thermoélectrique lors de réchauffement du transistor. La précision de la mesure de l’élévation du température du transistor peut ainsi être améliorée.
Exemple 2
Le capteur thermoélectrique du composant électronique de l’exemple 2, selon l’invention, diffère de celui illustré dans l’exemple 1 en ce que les premier et deuxième organes thermoélectriques d’un couple thermoélectriques sont en contact direct l’un avec l’autre dans une zone de connexion électrique 370.
Le capteur thermoélectrique peut être fabriqué en mettant en œuvre les étapes a) à c) décrites ci-dessus pour former une rainure dans la couche de base dopée du capteur thermoélectrique . Comme illustré sur la figure 15, le procédé de fabrication diffère de celui mis en œuvre dans l’exemple 1, en ce que l’on forme un revêtement d’isolation électrique 130a-b qui recouvre partiellement seulement les faces de la rainure. Pour former un tel revêtement, un masque est déposé sur la couche temporaire 110, qui est non superposé à une portion de la rainure dans une portion d’extrémité longitudinale 370a-b de la rainure. En particulier, dans ladite portion d’extrémité longitudinale, le revêtement d’isolation électrique 130a recouvre la partie de la rainure contiguë à une portion dopée 452 de la couche de base du capteur thermoélectrique destinée à former un premier organe thermoélectrique 105b d’un autre couple thermoélectrique adjacent. On évite ainsi la formation d’un court-circuit au sein du capteur thermoélectrique.
Le procédé comporte ensuite la formation d’une couche d’insertion comme décrit dans l’exemple 1, qui remplit l’intégralité du volume de la rainure. Comme illustré sur la figure 16, le deuxième organe thermoélectrique 170a-b ainsi formé est, dans la portion d’extrémité de la rainure, en contact direct avec un premier organe thermoélectrique adjacent dans une zone de connexion électrique 375a-b et isolé électriquement de l’autre premier organe thermoélectrique adjacent. La zone de contact électrique peut notamment s’étendre, sur une distance Lz mesurée selon la longueur de la rainure, inférieure à 10 pm. Par ailleurs, dans la zone d’isolation électrique 380a-b, où le revêtement d’isolation électrique recouvre entièrement les faces de la rainure, les premier et deuxième organes thermoélectriques sont distants les uns des autres et isolés électriquement, comme illustré déjà sur la figure 1 la.
Le procédé selon le deuxième est ainsi particulièrement simple de mise en œuvre. Le capteur thermoélectrique peut être fabriqué avec un nombre limité de couches à déposer.
Par ailleurs, afin d’interconnecter deux couples thermoélectriques adjacents, le revêtement d’isolation électrique est non superposé, dans la portion d’extrémité 390a-b opposée de la rainure, à la face de la rainure 140a-b contiguë à la portion dopée de la couche de base du capteur thermoélectrique destinée à former un premier organe thermoélectrique d’un autre couple thermoélectrique. Ainsi, dans la zone d’interconnexion électrique comme illustré sur la figure 17, le deuxième organe thermoélectrique 170a d’un couple thermoélectrique 300a est en contact direct avec le premier organe thermoélectrique 105b du couple thermoélectrique 300b adjacent. Les couples thermoélectriques adjacents sont ainsi reliés en série. Exemple 3
Le procédé de fabrication selon l’invention mis en œuvre à l’exemple 3 diffère de celui mis en œuvre à l’exemple 1 en ce qu’à l’étape b), il comporte le dépôt d’un deuxième matériau contact de la couche de base du capteur thermoélectrique pour former une couche additionnelle 385 du capteur thermoélectrique.
De préférence, le deuxième matériau est déposé conjointement, à l’étape b), sur la couche de base du transistor pour former une couche additionnelle du transistor 356. Ainsi, le capteur thermoélectrique 350 et le transistor de puissance peuvent comporter respectivement un empilement multicouche de capteur 390 et un empilement multicouche de transistor 400 disposés sur le support 10 et formés d’une succession de couches comportant les mêmes matériaux.
Dans l’exemple illustré sur les figures 18 et 19, l’empilement multicouche de capteur et l’empilement multicouche de transistor comportent une même succession de couches consistant en :
- une couche primaire 15 en nitrure d’aluminium,
- une couche de base 20, 25 en nitrure de gallium non dopé, et
- une couche additionnelle 356, 385 en nitrure d’aluminium gallium.
Par ailleurs, le procédé comporte le dopage de la couche additionnelle de capteur, et optionnellement de la couche additionnelle du transistor. Dans l’exemple illustré, en fin d’étape b), la couche additionnelle du capteur thermoélectrique est en nitrure d’aluminium gallium dopée n sur toute son épaisseur. En variante, elle peut être dopée seulement sur une portion, qui par exemple s’étend directement sous la face supérieure 386 de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique.
A l’étape c), des rainures sont formées selon une technique de lithographie et gravure telle que décrite à l’exemple 1, le procédé étant mené de telle sorte que la profondeur de la rainure pr est supérieure ou égale à l’épaisseur ea de la couche additionnelle dopée, le fond de chaque rainure étant défini par une face de la couche de base du capteur thermoélectrique en nitrure de gallium non dopé. Ainsi, des premiers organes thermoélectriques 105a-c, formés de nitrure d’aluminium gallium dopé n sont formés, qui sont électriquement isolés les uns des autres par la couche de base du capteur thermoélectrique. Les autres étapes pour former les deuxièmes organes thermoélectriques, puis pour relier entre les premier et deuxième organes thermoélectriques pour créer des couples thermoélectriques, et enfin pour relier les couples thermoélectriques en série sont identiques à celles décrites dans l’exemple 1. En variante, le transistor du composant électronique de la figure 19 peut être disposé par rapport au capteur thermoélectrique comme illustré sur la figure 20.
Exemple 4
Le procédé de fabrication de l’exemple 4, non illustré, diffère de celui décrit dans l’exemple 3, en ce qu’il comporte une étape de formation du revêtement d’isolation électrique telle que décrite à l’exemple 2. Ainsi, le deuxième organe thermoélectrique est au contact du premier organe thermoélectrique en nitrure d’aluminium de gallium dopé dans la zone de connexion électrique.
Bien évidemment, l’invention n’est pas limitée aux exemples et modes de réalisation du composant électronique et modes de mise en œuvre du procédé décrits dans la demande. Par exemple, le capteur thermoélectrique peut être formé sur un autre support, puis transféré sur le support sur lequel repose le transistor de puissance.

Claims

Revendications
1. Composant électronique (365) comportant un support (10), un capteur thermoélectrique (350) et un transistor de puissance (355) disposés sur le support, le transistor de puissance comportant une couche de base (20) contenant un matériau de transistor choisi parmi le nitrure de gallium, le nitrure d'aluminium-gallium, l’arséniure de gallium, le gallium- indium, le nitrure de gallium- indium, le nitrure d’aluminium, le nitrure d’aluminium- indium et leurs mélanges, le composant électronique étant configuré pour que le capteur thermoélectrique génère un courant électrique sous l’effet d’un échauffement du transistor de puissance.
2. Composant électronique selon la revendication 1, le capteur thermoélectrique étant multicouche et comportant une couche de base (25) comportant, pour plus de 99,9 % de sa masse, un matériau de capteur choisi parmi le nitrure de gallium, le nitrure d'aluminium-gallium, l’arséniure de gallium, le gallium- indium, le nitrure de gallium-indium, le nitrure d’aluminium, le nitrure d’aluminium- indium et leurs mélanges, le matériau de capteur et le matériau de transistor étant de préférence identiques, de préférence étant le nitrure de gallium.
3. Composant électronique selon la revendication 2, la couche de base du capteur thermoélectrique étant dopée n ou p au moyen d’un élément dopant.
4. Composant électronique selon la revendication précédente, la couche de base du capteur thermoélectrique étant constituée d’une portion vierge (55) exempte de l’élément dopant, et d’une portion dopée (45) contenant l’élément dopant, la portion dopée s’étendant de préférence directement sous la face supérieure (50) de la couche de base (25) du capteur thermoélectrique.
5. Composant électronique selon l’une quelconque des revendications précédentes, le capteur thermoélectrique comportant au moins un couple thermoélectrique (300a-b) incluant des premier (105a-b) et deuxième (170a-b) organes thermoélectriques, le premier organe thermoélectrique étant en un matériau semi-conducteur dopé n ou dopé p, et le deuxième organe thermoélectrique étant en un matériau thermoélectrique semi- conducteur dopé p ou dopé n respectivement ou en un métal thermoélectrique.
6. Composant électronique selon la revendication précédente, le premier organe thermoélectrique (170a-b) étant formé par tout ou partie d’une couche du capteur thermoélectrique qui est dopée n ou dopée p, de préférence au moins en partie par la portion dopée (45a-c) de la couche de base du capteur thermoélectrique.
7. Composant électronique selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, le capteur thermoélectrique comportant une couche additionnelle (385) formée d’un matériau semi-conducteur dont au moins une portion est dopée n ou p, la couche additionnelle (385) étant superposée à, et de préférence est au contact de, la face supérieure (50) de la couche de base (25) du capteur thermoélectrique, le premier organe thermoélectrique (105a-b) étant de préférence formé en tout ou partie par la portion dopée de ladite couche additionnelle (385).
8. Composant électronique selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, le deuxième organe thermoélectrique étant logé au moins en partie dans une rainure (90a-b) ménagée dans la couche de base du capteur thermoélectrique et/ou, le cas échéant, dans la couche additionnelle du capteur thermoélectrique.
9. Composant électronique selon l’une quelconque des revendications 5 à 8, le capteur thermoélectrique comportant un revêtement d’isolation électrique (130a-b) en un matériau électriquement isolant, disposé entre le premier organe thermoélectrique et le deuxième organe thermoélectrique.
10. Composant électronique selon l’une quelconque des revendications 5 à 9, les premier et deuxième organes thermoélectriques étant en contact dans une zone de connexion électrique (280), ou étant distants l’un de l’autre et étant connectés électriquement par un pont électriquement conducteur (260a-b).
11. Dispositif choisi parmi un convertisseur d’énergie, un boîtier de commande d’un moteur, un amplificateur de puissance hyperfréquence, le dispositif comportant un composant électronique selon l’une quelconque des revendications précédentes.
12. Procédé de fabrication d’un composant électronique (365), notamment selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un transistor de puissance (355) et un capteur thermoélectrique (360) ayant des premier (105a-b) et deuxième (170a-b) organes thermoélectriques, le procédé comportant les étapes successives suivantes de : a) dépôt d’un premier matériau sur un substrat (5) pour former une couche de base (20) du transistor de puissance et une couche de base (25) du capteur thermoélectrique, le premier matériau étant choisi parmi le nitrure de gallium, le nitrure d'aluminium-gallium, l’arséniure de gallium, le gallium- indium, le nitrure de gallium-indium, le nitrure d’aluminium, le nitrure d’aluminium-indium et leurs mélanges, b) dopage de type n ou de type p d’au moins une portion (45) de la couche de base (25) du capteur thermoélectrique, ou dépôt d’un deuxième matériau au contact de la couche de base (25) du capteur thermoélectrique pour former une couche additionnelle (385) du capteur thermoélectrique, suivi du dopage de type n ou de type p d’au moins une portion, de préférence de l’intégralité, de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique, le deuxième matériau étant différent du premier matériau et étant choisi parmi le nitrure de gallium, le nitrure d'aluminium-gallium, l’arséniure de gallium, le gallium- indium, le nitrure de gallium-indium, le nitrure d’aluminium, le nitrure d’aluminium- indium et leurs mélanges, c) formation d’au moins une rainure (90a-b) traversant de part en part la portion dopée (45) de la couche de base du capteur thermoélectrique ou traversant de part en part la portion dopée de la couche additionnelle (385) du capteur thermoélectrique, la portion dopée de la couche de base du capteur thermoélectrique ou de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique contigüe à la rainure et qui s’étend le long de la rainure définissant le premier organe thermoélectrique (105a-b), d) formation d’au moins un revêtement d’isolation électrique (130a-b) recouvrant en tout ou partie la ou les faces (135a-b,140a-b,145a-b) de la rainure, e) formation d’au moins une couche d’insertion au moins en partie au contact avec le revêtement d’isolation électrique, et optionnellement dopage de type p ou de type n respectivement de la couche d’insertion, pour former le deuxième organe thermoélectrique (170a-b).
13. Procédé selon la revendication 12, l’étape b) comportant le dopage de type n ou de type p d’au moins une portion de la couche de base (25) du capteur thermoélectrique et l’étape c) comportant la formation d’au moins une rainure (90a-b) traversant de part en part la portion dopée (45) de la couche de base du capteur thermoélectrique, la portion dopée de la couche de base du capteur thermoélectrique qui s’étend le long de la rainure définissant le premier organe thermoélectrique (105a-b).
14. Procédé selon la revendication 12, l’étape b) comportant le dépôt d’un deuxième matériau au contact de la couche de base du capteur thermoélectrique pour former la couche additionnelle (385) du capteur thermoélectrique, suivi du dopage de type n ou de type p d’au moins une portion, de préférence de l’intégralité, de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique, le deuxième matériau étant différent du premier matériau et étant choisi parmi le nitrure de gallium, le nitrure d'aluminium-gallium, l’arséniure de gallium, le gallium- indium, le nitrure de gallium-indium, le nitrure d’aluminium, le nitrure d’aluminium- indium et leurs mélanges, et l’étape c) comportant la formation d’au moins une rainure (90a-b) traversant de part en part la portion dopée de la couche additionnelle (385) du capteur thermoélectrique, la portion dopée de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique contigüe à la rainure et qui s’étend le long de la rainure définissant le premier organe thermoélectrique (105a-b).
15. Procédé selon la revendication précédente, comportant à l’étape b), conjointement à la formation de la couche additionnelle du capteur thermoélectrique, le dépôt du deuxième matériau sur la couche de base du transistor pour former une couche additionnelle (356) du transistor.
16. Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 15, comportant de dépôt d’un troisième matériau dans la rainure, le troisième matériau étant un métal thermoélectrique, de préférence l’aluminium, ou étant un matériau semi-conducteur choisi parmi le nitrure de gallium, le nitrure d'aluminium-gallium, l’arséniure de gallium, le gallium- indium, le nitrure de gallium- indium, le nitrure d’aluminium, le nitrure d’aluminium- indium et leurs mélanges, de préférence le nitrure de gallium ou le nitrure d’aluminium-gallium.
17. Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 16, l’étape d) étant conduite pour que le revêtement d’isolation électrique recouvre intégralement la ou les faces (135a-b, 140a-b, 145a-b) de la rainure, le procédé comportant en outre une étape de formation d’un connecteur électrique reliant électriquement les premier et deuxième organes thermoélectriques, pour former un couple thermoélectrique.
18. Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 17, comportant :
- la formation de plusieurs rainures à l’étape c), deux rainures adjacentes étant séparées par un premier organe thermoélectrique adjacent,
- la formation de plusieurs revêtements d’isolation électrique recouvrant chacun au moins partiellement la ou les faces d’une des rainures correspondante, et
- la formation et, optionnellement le dopage, de plusieurs couches d’insertion, chacune contenue dans une des rainures correspondante, les couches d’insertion, optionnellement dopées, définissant avec des zones adjacentes de la portion dopée de la couche de base du capteur thermoélectrique ou de la portion dopée de la couche additionnelle du capteur électriques, plusieurs couples thermoélectriques, et - optionnellement la formation d’au moins un organe d’interconnexion (340a-b) pour relier électriquement, de préférence en série, au moins deux des couples thermoélectriques.
PCT/EP2021/050731 2020-01-16 2021-01-14 Composant electronique de puissance integrant un capteur thermoelectrique WO2021144382A1 (fr)

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